DE3629501A1 - Zuendschaltung fuer brennstoffkraftmaschinen - Google Patents

Description

In heutigen elektronischen Zündmodulen wird der Primär­ strom I _pr in der Zündspule ZS nicht mehr durch einen mechanischen Unterbrecherkontakt geschaltet. Diese Auf­ gabe führt heute ein Leistungstransistor aus oder gemäß der Fig. 1 eine Darlington-Schaltung, die aus den Tran­ sistoren T 1 und T 2 besteht. Wird der Transistor T 2 der Darlington-Stufe durch eine vorgeschaltete Elektronik "nichtleitend" geschaltet, so wird durch den sich än­ dernden Primärstrom I _pr in der Zündspule ZS ein Induk­ tionsspannungsimpuls U _c erzeugt. Die Höhe dieses Span­ nungsimpulses ergibt sich aus der Beziehung |U _ind | = L · dI _pr /dt, d. h. die Höhe des Spannungsimpulses hängt von den Spulendaten und davon ab, wie schnell der Zünd­ darlington den Primärspulenstrom I _pr unterbinden kann. Die Zeitdauer der durch Unterbrechung des Primärspulen­ stromes erzeugten Spannungsspitze hängt u. a. davon ab, wie hochohmig die Sekundärseite der Zündspule abge­ schlossen ist und wieviel Energie in der Zündspule vor der Unterbrechung des Primärspulenstromes gespeichert war. Die in der Zündspule gespeicherte Energie ergibt sich aus der Formel E = I ² _pr L/2. Die in der Zündspule gespeicherte Energie wird also entscheidend durch den vor der Stromunterbrechung erreichten I _pr -Wert beein­ flußt.

In der Praxis ergeben sich bei einer Schaltung der Fig. 1 Induktionsspannungsspitzen von einigen hundert Volt. Eine zu hohe Spannungsspitze U _c ist jedoch aus zweierlei Gründen unerwünscht. Bei zu hohen Spannungs­ spitzen erleiden Zünddarlington, die nicht für Avalan­ chebetrieb ausgelegt sind, Schaden. Außerdem können insbesondere bei offener Sekundärseite der Zündspule Hochspannungen auftreten, für die die hochspannungsfüh­ renden Teile nicht ausgelegt sind. Die Spannungsspitze U _c wird mit dem für diese Phase wirksamen Übersetzungs­ verhältnis in die Zündhochspannung umgewandelt.

Um negative Auswirkungen von zu hohen Spannungsspitzen auf der Primärseite von Zündspulen zu vermeiden, werden in der Praxis sogenannte Schutzklemmschaltungen verwen­ det. Im einfachsten Fall besteht eine Schutzklemmschal­ tung aus einer Zenerdiode (in der Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet und mit Z 1 bezeichnet), die zwischen Kol­ lektor und Basis des Zünddarlington ZD geschaltet ist. Die Zenerdiode bewirkt, daß der Zünddarlington bei U _c - Spannungen U _z als Leistungs-Zenerdiode wirkt. Infolge der durch die Zenerdiode bewirkten Rückkopplung auf die Basis des Zünddarlingtontransistors wird die Zenerdiode im Klemmfall nur mit dem Strom I _pr /B belastet. Hierbei ist B der Stromverstärkungsfaktor des Zünddarlington ZD und I _pr der Klemmstrom, der durch den Kollektor des Zünddarlington ZD fließt.

Dieses bekannte Klemmkonzept hat jedoch Nachteile. Ein Nachteil besteht darin, daß die Chargenstreuung der Durchbruchspannung bei hochsperrenden Dioden (z. B. 400 V) groß ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Durchbruchspannung von Zenerdioden mit hoher Durchbruchspannung einen erheblichen Temperaturkoeffi­ zienten aufweist.

Aus hier nicht näher beschriebenen Gründen werden heute für Zündspulen kleine Übersetzungsverhältnisse ange­ strebt. Um mit kleinen Übersetzungsverhältnissen arbei­ ten zu können, benötigt man auf der Primärseite der Zündspule höchstmögliche Klemmwerte U _c . Ein Standart­ wert dafür liegt heute bei U _cmax = 400 V. Chargenstreu­ ung und Temperaturgang dürfen nur noch eine geringe Streuung dieses Wertes bewirken, d. h. es sind geringe Toleranzwete einzuhalten, um eine Überbeanspruchung des Zünddarlington und der hochspannungsführenden Teile auf der Sekundärseite der Zündspule zu vermeiden.

Die Fig. 2 zeigt eine verbesserte Zündklemmschaltung, bei der sich U _cmax aus der Beziehung U _z ) × (1 + R 1/R 2) ergibt. Durch Lasertrimming des Wider­ standswertes R 1 im dynamischen Betrieb werden die Char­ genstreuungen für jedes Zündgerät einzeln eliminiert und U _cmax exakt auf den geforderten Wert gebracht. Die Temperaturkompensation der U _z -Durchbruchspannung ver­ sucht man mit NTC- bzw. PTC-Widerständen zu bewirken.

In modernen, in Hybridtechnik gefertigten Zündmodulen bereitet eine einwandfreie Temperaturkompensation be­ sondere Schwierigkeiten, da die thermische Kopplung zwischen der im allgemeinen diskret aufgebauten U _z -Dio­ de und dem Dickschichtwiderstand auf dem Hybridsubstrat nicht optimal ist. In neuerer Zeit gibt es deshalb Be­ strebungen, die temperaturkompensierte Zenerdiodenrefe­ renz in einem monolythisch integrierten Steuerschalt­ kreis zu realisieren, weil durch Integration eine gute thermische Kopplung sowie eine sehr gute Temperaturun­ abhängigkeit erreicht werden kann. Einen solchen Steuer­ schaltkreis zeigt die Fig. 3. Der Transistor T 3 der Fig. 3 ist gedacht als open-Kollektor-Transistor einer Signalgeberschaltung, die abhängig von der jeweiligen Kurbelwellenlage des Motors den Transistor T 3 ein- bzw. ausschaltet.

Die Fig. 4a zeigt den Spannungsverlauf am Punkt "Ein" und damit am Kollektor des Transistors T 3 bei geschlos­ senem Zündschalter S. Zur besseren Darstellbarkeit ist in der Fig. 4 nach dem H/L-Übergang von U _Ein der Zeit­ maßstab gedehnt.

Ist der Transistor T 3 nichtleitend, so kann aus der Batterie U _Batt über S, D 1, R 3, D 2 ein Ansteuerstrom in den Verstärker V 1 fließen. Am Ausgang des Verstärkers V 1 wird ein Treiberstrom für den Zünddarlington ZD be­ reitgestellt, der durch den Widerstand R 4 begrenzt wird. Der Widerstand R 4 ist so dimensioniert, daß der Strom über ihn den Zünddarlington in jedem Fall in die Sät­ tigung treiben kann, was einem Schalterbetrieb für den Zünddarlington ZD gleichkommt.

Die Fig. 4b zeigt den Stromfluß I _pr durch die Primär­ seite der Zündspule sowie die Spannung U _c am Kollektor des Zünddarlington ZD. In der Sättigungsphase des Zünd­ darlington ZD beginnt ein Stromfluß I _pr durch die Pri­ märseite der Zündspule ZS, welcher wegen der Selbstin­ duktion gemäß der Fig. 4b einen exponentiellen Strom­ anstieg aufweist.

Mit der H/L-Flanke an U _EIN wird die Zündung eingelei­ tet. Der Verstärker V ₁ unterbricht den Basisansteuer­ strom für den Zünddarlington ZD, worauf der Primärstrom I _pr zusammenbricht. Aufgrund der abrupten I _pr -Unterbre­ chung steigt U _c steil an. Die Fig. 4c zeigt den typi­ schen Spannungsverlauf, wenn die Sekundärseite mit ei­ ner Zündkerze abgeschlossen ist. Die Fig. 4d und 4e zeigen die Spannungs-Stromverläufe, die sich ergeben, wenn die Sekundärseite der Zündspule offen ist. In die­ sem Fall wird U _c z. B. auf 380 V geklemmt. Da die Sekun­ därseite der Zündspule hochohmig belastet ist, ist die Klemmdauer ein Vielfaches der Klemmdauer mit Zündkerzen­ abschluß. Bei hochohmigem Abschluß (ohne Zündkerze) treten auch die höchsten erlaubten Hochspannungswerte auf der Sekundärseite der Zündspule auf. Der Primär­ strom nimmt für diesen Arbeitspunkt oszillierend ab.

Die Kombination C 2/R 6 wird mit der Klemmschaltung ab­ gestimmt. Die Kombination C 2/R 6 hat Einfluß auf Hoch­ spannung, den Spannungsanstieg und den dynamischen In­ nenwiderstand der Zündanlage. Die Diode D 1 hat die Auf­ gabe, negative Spannungsspitzen aus dem Bordnetz von der Elektronik fernzuhalten. Die Fly back-Diode D 3 im Zünddarlington ZD zwischen Kollektor und Emitter des Transistors T 2 begrenzt das Potential U _c auf minimal -1 V für bestimmte Arbeitspunkte.

Die Spannung U _c wird durch den Begrenzungsregelkreis R 1, R 2, Z 2, V 1, ZD überwacht. Unter Z 2 ist eine temper­ aturkompensierte Zenerdiodenkonfiguration zu verstehen. Sie ist derart ausgelegt, daß insgesamt die Spannung U _B keinen nennenswerten Temperaturkoeffizienten aufweist. Dabei wird ausgenutzt, daß monolythisch integrierte Zenerdioden einen positiven TK von +2 mV/°C und inte­ grierte Flußdioden einen TK von -2 mV/°C aufweisen.

Mit Lasertrimming wird der Widerstand R 1 derart abge­ glichen, daß U _c ein bestimmtes U _cmax nicht überschrei­ tet. U _cmax ergibt sich aus der Beziehung U _cmax = U _B (1 + R 1/R 2), wobei U _B gleich der Durchbruchspannung von Z 2 plus einem geringen Spannungsabfall an R 5 ist. Erreicht U _c die Maximalspannung U _cmax von z. B. 380 V, so wird Z 2 leitend. Ab einem Mindeststrom (der durch R 5 eingestellt wird) wird der Stromverstärker V 1 leitend. Der um den Faktor V 1 erhöhte Treiberstrom fließt in die Basis des Zünddarlington ZD, wodurch T 2 leitend wird und dadurch einen niederohmigen Weg nach Masse freigibt. Durch den niederohmigen Weg nach Masse wird die Spannungsbegren­ zung von U _c eingeleitet. Sinkt U _c wieder unter den Schwellwert, so wird der Stromfluß durch Z 2 wieder un­ terbrochen, was den Kollektor von ZD wieder hochohmiger werden läßt.

Die bekannte Klemmschaltung der Fig. 3 arbeitet im "Normalbetrieb", d. h. wenn die Zündung durch Schalten von T 3 ausgelöst wird, gut. Die Schutzklemmung versagt jedoch, wenn die Zündung durch Auftrennen des Schalters S ausgelöst wird. Insbesondere bei Servicearbeiten, bei denen die Sekundärseite der Zündspule hochohmig ist, können gefährliche Überspannungen sowohl auf der Pri­ märseite wie auf der Sekundärseite der Zündspule auf­ treten. Gefährliche Überspannungen können z. B. auftre­ ten, wenn der Anlasser betätigt wird und wenn z. B. der Verteilerfinger abgezogen ist. Auch eine Betätigung des Zündschloßschalters bei Stillstand des Wagens (Ein- und Ausschalten der Bordnetzspannung ohne in Anlasserstel­ lung weiterzudrehen) kann zum Auftreten von Überspan­ nungen führen. Vor allem kann auch bei korrektem Ab­ schluß der Sekundärseite der Zündspule mit einer Zünd­ kerze bei Stillstand des Wagens und Ein/Ausschalten der Bordnetzspannung eine unerwünschte Zündung erfolgen.

Allgemein können unerwünschte Überspannungen auftreten, wenn die Bordnetzspannung aufgetrennt wird, nachdem ein Primärstrom in der Zündspule zu fließen begonnen hat. Die mit dem Öffnen des Bordnetzschalters verbundene Stromänderung in der Zündspule induziert eine Spannung am Kollektor des ZD. Da mit dem Auftrennen von S auch die Versorgungsspannung für die Regelelektronik unter­ brochen wird, kann jetzt der benötigte Ansteuerstrom für den ZD nicht mehr über R 4 in die Basis des ZD ge­ liefert werden. Der gesamte benötigte Ansteuerstrom muß jetzt vielmehr über die Kombination R 1, R 2, Z 2 und un­ verstärkt über V 1 fließen (Fig. 3). Dadurch ändert sich die Referenzspannung U _B und wegen der erhöhten Belastung das Spannungsteilerverhältnis U _c /U _B . Diese Änderungen führen - insbesondere bei hochohmiger Sekun­ därseite - zu Spannungen, die über der eingestellten, zugelassenen Spannung U _cmax liegen.

In der Fig. 5c ist ein möglicher Verlauf von U _c darge­ stellt, wie er sich ergeben kann, wenn die Zündung durch Öffnen des Schalters S bei offenem Sekundärkreis aus­ gelöst wird. Die Spannungsüberhöhung an U _c beträgt in diesem Fall etwa 200 V über 380 V. Dies wirkt sich je nach Zündspule auch auf die Sekundärhochspannung aus. Die Fig. 5b zeigt eine U _sek (Spannung an der Sekun­ därspule) von -35 KV.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zünd­ schaltung für Brennkraftmaschinen der eingangs erwähn­ ten Art anzugeben, die Überspannungen am Kollektor des Zündleistungstransistors für alle möglichen Betriebs­ zustände des Kraftfahrzeugs vermeidet. Diese Aufgabe wird bei einer Zündschaltung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispie­ len erläutert.

Die Fig. 6 zeigt eine Zündschaltung nach der Erfindung. Alles, was links von den Widerständen R 7 und R 8 ange­ ordnet ist, stimmt (mit Ausnahme von D 4 und Z 4) mit der bekannten Schaltung der Fig. 3 überein. Obwohl der bekannte Schaltungsteil bereits in Verbindung mit der Fig. 3 beschrieben worden ist, wird dieser Schaltungs­ teil noch einmal kurz erläutert. Am Eingang der Schal­ tung befindet sich der Transistor T 3, der Teil einer nicht dargestellten Signalgeberschaltung ist. Je nach Ansteuerung ist der Transistor T 3 leitend oder nicht­ leitend. Im nichtleitenden Zustand von T 3 wird der Ver­ stärker V 1 angesteuert, und zwar von der Batterie U _Batt über den Schalter S, die Diode D 1, den Widerstand R 3 und die Diode D 2. Bei Ansteuerung liefert der Verstär­ ker V 1 den Treiberstrom für den Zünddarlington ZD, der aus den Transistoren T 1 und T 2 besteht. Wird der Zünd­ darlington ZD durch den Treiberstrom angesteuert, so fließt im Primärkreis der Zündspule ZS ein Primärstrom I _pr . Die Kombination C 2/R 6 hat Einfluß auf die Hoch­ spannung, den Spannungsanstieg und den dynamischen In­ nenwiderstand der Zündanlage. Die Spannung U _c am Kol­ lektor des Transistors T 2 wird durch den Begrenzungsre­ gelkreis R 1, R 2, Z 2, V 1, ZD überwacht.

Die Schaltung der Fig. 6 weist zusätzlich zur Schal­ tung der Fig. 3 die Kombination R 7, R 8, Z 3, R 9, V 2, R 10, Z 4, D 2 auf. Die Widerstände R 7 und R 8 der zusätz­ lichen Überwachungsschaltung bzw. Klemmschaltung sind in Reihe geschaltet. Ihre Reihenschaltung ist zwischen den Kollektor des Transistors T 2 des Zünddarlington ZD und den Bezugspunkt (Masse) geschaltet. Die Zenerdiode Z 3 ist zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände R 7 und R 8 und den Verstärker V 2 geschaltet. Der Widerstand R 9 liegt zwischen dem Eingang des Verstärkers V 2 und dem Bezugspunkt. Der Widerstand R 10 ist zwischen dem Kollektor des Transistors T 2 und dem Ausgang des Ver­ stärkers V 2 angeordnet.

Der Normalfall der Zündungseinleitung besteht darin, daß der Transistor T 3 der Signalgeberschaltung bei ge­ schlossenem Schalter S leitend geschaltet wird. In die­ sem Fall darf die nach der Erfindung vorgesehene Klemm­ schaltung, die eine zusätzliche Überwachung von U _c be­ wirkt, nicht wirksam werden, da sonst keine Hochspannung auf der Sekundärseite der Zündspule entstehen kann. In diesem Fall wird T 3 leitend und damit V 1 nichtleitend, d. h. über den Widerstand R 4 ist kein Stromfluß in die Basis des Zünddarlington ZD möglich. Die zusätzliche Überwachung nach der Erfindung wird dagegen wirksam, wenn nicht der Normalfall vorliegt, d. h. T 3 nichtlei­ tend ist, der Schalter S geöffnet wird und kein Strom­ fluß über die Diode D 1 erfolgt.

Wenn der nach der Erfindung vorgesehene zusätzliche Überwachungskreis arbeitet (Nicht-Normalfall, sondern T 3 nichtleitend, Schalter S geöffnet und kein Stromfluß über die Diode D 1), ergibt sich die maximale Klemmspan­ nung U _s am Kollektor des Zünddarlington ZD (Kollektor von T 2) aus der Beziehung U _s = U _D (1 + R 7/R 8). Dabei ist U _D gleich der Durchbruchspannung der Zenerdiode Z 3 plus einem geringen Spannungsabfall am Widerstand R 9.

Für U _c < U _s ist die Zenerdiode Z 3 nichtleitend und da­ mit liegt der Eingang des Verstärkers V 2 über den Wi­ derstand R 9 an Massepotential. Dadurch wird ein Strom I _KL = U _c /R 10 über den Widerstand R 10 und den leitend geschalteten Ausgangstransistor des Verstärkers V 2 nach Masse abgeleitet. Über die Diode D 4 fließt in diesem Fall kein Strom.

Steigt jedoch die Kollektorspannung U _c auf den Wert U _s , so wird die Zenerdiode Z 3 leitend. Ab einem Mindest­ strom durch die Zenerdiode - eingestellt durch den Wi­ derstand R 9 und die Eingangssprechschwelle von V 2 - wird der Verstärker V 2 leitend. Der Ausgangstransistor des Verstärkers V 2 wird offen geschaltet (open Kollek­ tor). Jetzt wird ein Stromfluß I _KL über den Widerstand R 10 und die Diode D 4 freigegeben.

Der Strom I _KL teilt sich in zwei Teile auf. Ein gerin­ ger Teil fließt über den Widerstand R 3, die Diode D 2 und den Widerstand R 5. Dadurch wird der Verstärker V 1 leitend. Der restliche Teil des Stromes I _KL fließt über den Widerstand R 4 und den Verstärker V 1 in die Basis des Zünddarlington ZD (Basis des Transistors T 1). Da­ durch wird der Zünddarlington leitend, wodurch eine Klemmung am Kollektor des Zünddarlington ZD auf den niedrigen Wert von U _s eingeleitet wird. Die sich ein­ stellende Spannung an U _A ergibt sich aus der Beziehung U _A = U _s - (R 10 · I _KL ) - U _{D 4}.

Der Wert von I _KL ist im wesentlichen gegeben durch den erforderlichen Ansteuerstrom des Zünddarlington ZD, den dieser benötigt, um den Klemmwert U _s zu stabilisieren. Das heißt, der Wert von I _KL ist vom Stromverstärkungs­ faktor des Zünddarlington ZD abhängig. Bei Vorgabe des maximalen Wertes von I _KL läßt sich der Widerstand R 10 dimensionieren.

U _s wird so dimensioniert, daß bei der verwendeten Zünd­ spule auf der Sekundärseite keine Zündung auftreten kann. U _s entspricht beispielsweise dem dreifachen Wert der maximalen Bordnetzspannung U _Batt . Damit liegt U _s deutlich unterhalb der Klemmspannung U _cmax , die wirksam wird, wenn der Normalfall der Zündungseinleitung vor­ liegt (Transistor T 3 wird bei geschlossenem Schalter S in den leitenden Zustand geschaltet).

Der Strom I _KL fließt immer über R 10 und D 4, wenn U _c U _s wird. Dies gilt insbesondere auch für den Normalfall der Zündungseinleitung. Da im Normalfall der Zündungs­ einleitung über R 4 kein Strom fließen kann (wegen Tran­ sistor T 3 leitend) und der Strom über R 3 und T 3 bereits aus U _Batt über S und D 1 geliefert wird, verursacht der zusätzliche Strom I _KL über D 4 einen Spannungsanstieg an der Kathode der Diode D 1 bis zum Durchbruch der Zener­ diode Z 4. Z 4 ist so dimensioniert, daß der Durchbruch deutlich über der maximalen Batteriespannung U _Batt liegt, jedoch unter der Sperrspannung des monolythisch integrierten IC's. Unter diesen Umständen fließt der Strom I _KL im wesentlichen in die Zenerdiode Z 4. Da aber der Transistor T 3 die Rückkopplung auf den Eingang des Verstärkers V 1 unterbindet, steigt die Spannung U _c am Kollektor von ZD weiter bis zum Erreichen von U _cmax an. Danach setzt die U _c -Klemmung ein, wie weiter oben be­ schrieben.

Die Verstärker V 1 und V 2 können aus einem Transistor oder aus mehreren Transistoren bestehen. Die Zündlei­ stungsstufe besteht beispielsweise aus nur einem Leistungstransistor oder aus einem Zünddarlington.

Die Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ver­ stärker V 1 und V 2 der Schaltung der Fig. 6 ersetzt durch den Transistor T 4. Der Überwachungszweig R 7/R 8/ Z 3/R 9 ist ersetzt durch die bereits vorhandene Kombi­ nation

U _Be (ZD) + U _BE (T 4) + U _BE (D 2) ≈ 4 _UBE .

Die Diode D 4 entfällt und R 10 liegt direkt zwischen dem Kollektor ZD (Kollektor von T 2 ) und der Kathode der Diode D 1.

Zunächst werden die Verhältnisse für den normalen Zün­ dungsfall behandelt, d. h. Zündungseinleitung durch Schalten von T 3 bei geschlossenem Schalter S. In diesem Fall wird mit leitendem Transistor T 3 der Basisansteuer­ strom des Zünddarlington ZD über D 1, R 4, T 4 unterbro­ chen, wodurch auch der Kollektorstrom durch die Primär­ seite der Zündspule und den Zünddarlington ZD abfällt. Daraufhin steigt U _c steil an.

Für U _c < U _Batt - U _{D 1} beginnt über den Widerstand R 10 ein Strom zu fließen. Dieser Strom kann zunächst über den Widerstand R 3 und den Transistor T 3 nach Masse ab­ fließen. Mit weiter ansteigendem U _c nimmt I _kL zu und übernimmt bald den Strom, der aus U _Batt über S und die Diode D 1 und den Widerstand R 3 nach Masse floß, ganz. Bei erneutem Ansteigen von U _c steigt U _A = R 3 · I _KL weiter an, bis die Zenerdiode Z 4 durchbricht (z. B. bei 12 V). Danach übernimmt die Zenerdiode Z 4 den Strom

I _{Z 4} = I _KL - U _{Z 4}/R 3 = (U _c - U _{Z 4})/R 10 - -U _{Z 4}/R 3.

Für U _c = U _cmax wird die Zenerdiode Z 2 leitend, was die Klemmung am Kollektor von ZD gemäß den obigen Ausfüh­ rungen einleitet, indem T 4 leitend wird und der benö­ tigte Basisansteuerstrom von ZD über den Widerstand R 4 und die Kollektor-Emitterstrecke von T 4 fließt. Sollte z. B. bei einem schlechten Stromverstärkungsfaktor B von ZD der durch den Widerstand R 10 fließende Strom nicht ausreichen, so geht U _A wieder auf den Spannungswert U _Batt - U _{D 1} zurück und der zusätzlich benötigte Klemm­ ansteuerstrom wird über die Diode D 1 aus der Batterie gezogen. Damit ist die Klemmung auf hohe Spannung im normalen Zustand gewährleistet. Es ergeben sich Span­ nungs- und Stromverläufe gemäß der Fig. 4.

Nunmehr wird die Funktionsweise der Klemmschaltung der Fig. 7 für den Fall beschrieben, daß kein normaler Zündungsfall vorliegt, sondern die Zündungseinleitung durch Öffnen des Schalters S bei Primärstromfluß und geöffnetem Transistor T 3 erfolgt. Ist in diesem Fall der Transistor T 3 offen, so wird der Transistor T 4 lei­ tend geschaltet und damit der Zünddarlington ZD über den Widerstand R 4 angesteuert. Dadurch kann ein Primär­ strom durch die Zündspule ZS und den Zünddarlington ZD nach Masse fließen. Wird der Schalter S geöffnet, so wird der Stromfluß durch die Diode D 1 unterbrochen und dadurch der Transistor T 4 und der Zünddarlington ZD nichtleitend gemacht. Daraufhin steigt U _c steil gemäß der Fig. 8c an. Ab der Spannung U _A = U _BE (ZD) + U _BE (T 4) + U _{D 2} ≈ 4 U _BE beginnt ein Strom zu fließen vom Kollektor ZD über R 10, R 3, D 2, R 5, Basis/Emitter von ZD nach Masse. Ab einem Mindeststrom von I _KL = U _BE (T 4)/R 5 wird der Transistor T 4 leitend und ein verstärkter Stromfluß kann über den Widerstand R 4 einsetzen. Ein weiterer Stromanstieg von I _KL fließt fast ausschließ­ lich über den Widerstand R 4 und den Kollektor von T 4 in die Basis des Zünddarlington ZD und macht diesen lei­ tend. Dadurch setzt die Klemmwirkung am Kollektor des Zünddarlington ZD ein. Die Fig. 8c zeigt, daß bei ge­ eigneter Dimensionierung U _c auf kleiner als 3 × U _Batt (z. B. 45 V) begrenzt wird. Der Widerstand R 10 wird so dimensioniert, daß in diesem Fall I _KL = (U _s - 4U _BE )/R 10 auch noch für schlechte Stromverstärkungswerte des Zünd­ darlington ZD ausreicht. Die Klemmspannung für den zwei­ ten Zündungsfall (Schalter S und Transistor T 3) offen ergibt sich aus der Beziehung

U _s = 4 UBE + I _KL · R 10 (z. B. 45 V).

Damit ergibt sich auf der Sekundärseite der Zündspule ZS eine Hochspannung U _sek von nur wenigen 1000 V (Fig. 8b). Diese Spannung liegt weit unterhalb der Durch­ schlagspannung handelsüblicher Zündkerzen, so daß durch die Schaltung nach der Erfindung nicht nur ein Schutz des Zünddarlington ZD und des Zündgeschirrs erfolgt (insbesondere auch für den zweiten Zündungsfall), son­ dern auch eine Zündung auf der Sekundärseite vermieden wird.

Die Schaltung der Fig. 7 hat den wesentlichen Vorteil, daß für den zweiten Zündungsfall die gesamte Ansteuer­ energie für den Zünddarlington ZD nicht aus der Batte­ rie gezogen wird, sondern aus der Zündspule, die in diesem Arbeitspunkt als Generator arbeitet. Dadurch wird die Unabhängigkeit von U _Batt gewonnen.

Die Rückkopplung über den Widerstand R 10 ist derart re­ alisiert, daß ein Großteil bereits vorhandener Regel­ elektronik mitverwendet werden kann (sie wird über den Rückkoppelstrom wieder aktiviert). Außerdem ist der Aufpunkt der Rückkopplung (Kathode D 1) bei der erfin­ dungsgemäßen Schaltung so gewählt, daß eine einfache Unterscheidung zwischen den beiden möglichen Zündungs­ fällen mit unterschiedlichen U _c -Klemmwerten möglich wird. Die Unterscheidung liegt darin, ob der Transistor T 3 leitend oder offen ist.

Für "T 3 leitend" ist nur die temperaturkompensierte Präzisions-Hochspannungsklemme (z. B. U _cmax = 380 V) möglich. Für "T 3 offen" und "S offen" ist nur die Nie­ drigspannungsklemmung (z. B. U _s 45 V) möglich.

Claims (26)

1. Zündschaltung für Brennkraftmaschinen mit einem Zünd­ leistungstransistor, mit einem Zündtransformator als induktive Last im Kollektorkreis des Zündleistungstran­ sistors, mit einem Zündschalter, mit einer Zündgeber­ schaltung und mit einer Begrenzungsschaltung für die Kollektorspannung des Zündleistungstransistors, dadurch gekennzeichnet, daß sie für den Fall des Offenschaltens des Zündschalters die Kollektorspannung des Zündlei­ stungstransistors (T 2) derart begrenzt, daß die Sekun­ därspannung des Zündtransformators (ZS) unterhalb der­ jenigen Sekundärspannung bleibt, die einen Zündkerzen­ durchbruch auslöst, und daß sie für den Fall der Zün­ dungsauslösung durch entsprechende Ansteuerung der Zünd­ geberschaltung die für den Fall des Offenschaltens des Zündschalters vorgesehene Begrenzung der Kollektorspan­ nung des Zündleistungstransistors (T 2) nicht wirksam werden läßt, sondern eine andere Begrenzung wirksam werden läßt, die den Wert der Kollektorspannung des Zündleistungstransistors (T 2) auf einen Wert begrenzt, der auf der Sekundärseite des Zündtransformators (ZS) für eine Zündkerzenzündung ausreicht.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannungsbegrenzung der Kollektorspannung des Zündleistungstransistors (T 2) unabhängig von der Batteriespannung ist.

3. Zündschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Zündleistungstransistor ein Zünddar­ lington (ZD) mit einem ersten Transistor (T 1) und einem zweiten Transistor (T 2) vorgesehen ist.

4. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein erster Verstärker (V 1) vorgesehen ist, der den Zünddarlington (ZD) ansteuert, und daß ein zweiter Verstärker (V 2) vorgesehen ist, der bei eingangsseitiger Ansteuerung den ersten Verstärker (V 1 ) ansteuert.

5. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R 9) vorgese­ hen ist, der zwischen den Eingang des zweiten Verstär­ kers (V 2) und den Bezugspunkt (Masse) geschaltet ist.

6. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des zwei­ ten Verstärkers (V 2) und den ersten Verstärker (V 1) die Reihenschaltung einer Diode (D 4) mit einem Widerstand (R 4) geschaltet ist.

7. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ausgang des zweiten Ver­ stärkers (V 2) über einen Widerstand (R 10) mit dem Kol­ lektor des Zünddarlington (ZD) verbunden ist.

8. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß parallel zur Kollektor-Emit­ terstrecke des zweiten Transistors (T 2) des Zünddarling­ ton (ZD) ein Spannungsteiler (R 7, R 8) geschaltet ist.

9. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungspunkt der beiden Widerstände (R 7, R 8) des Spannungsteilers und den Eingang des zweiten Verstärkers (V 2) eine Ze­ nerdiode (Z 3) geschaltet ist.

10. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kollektor des Zünddarlington (ZD) und den Bezugspunkt (Masse) die Reihenschaltung zweier Widerstände (R 1, R 2) geschaltet ist.

11. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungs­ punkt der beiden Widerstände, die zwischen dem Kollek­ tor des Zünddarlington (ZD) und dem Bezugspunkt liegen, und den Eingang des ersten Verstärkers (V 1) eine Zener­ diode (Z 2) geschaltet ist.

12. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingang (U _EIN ) der Schaltung und den Eingang des ersten Verstärkers (V 1) eine Diode (D 2) geschaltet ist.

13. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Primärspule des Zündtransformators (ZS) und den Eingang (U _EIN ) der Schaltung die Reihenschaltung einer Diode (D 1) mit ei­ nem Widerstand (R 3) geschaltet ist.

14. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingang (U _EIN ) und den Bezugspunkt (Masse) ein Transistor (T 3) geschal­ tet ist.

15. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündschalter (S) zwi­ schen den gemeinsamen Punkt von Primärseite und Sekun­ därseite des Zündtransformators (ZS) und den Plus-Pol der Versorgungsspannung (U _Batt ) geschaltet ist.

16. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchspannung der dem zweiten Verstärker (V 2) vorgeschalteten Zenerdiode (Z 3) derart gewählt ist, daß die Kollektorspannung des Zünddarlington (ZD) einen Wert nicht übersteigt, der zu unerwünschten Überspannungen auf der Sekundärseite des Zündtransformators (ZS) führen kann.

17. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R 10) zwi­ schen dem Kollektor des Zünddarlington (ZD) und dem Ausgang des zweiten Verstärkers (V 2) derart gewählt ist, daß für den Fall, daß der Zündschalter (S) geöff­ net ist und der erste Verstärker (V 1) keinen Treiber­ strom für den Zünddarlington (ZD) liefert, der für die Klemmung der Kollektorspannung des Zünddarlington (ZD) erforderliche Klemmstrom erzielt wird.

18. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Zünddarlington (ZD) sowie ein Transistor (T 4) vorgesehen ist, der den Treiberstrom für den Zünd­ darlington (ZD) liefert.

19. Zündschaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des zwei­ ten Transistors (T 2) des Zünddarlington (ZD) die Rei­ henschaltung von zwei Widerständen (R 1, R 2) geschaltet ist.

20. Zündschaltung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Zünddarlington (ZD) mit der Primärspule des Zündtransformators (ZS) verbunden ist.

21. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Primärspule des Zündtransformators (ZS) die Reihenschaltung einer Diode (D 1) mit einem Widerstand (R 10) angeordnet ist.

22. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kollektor des Treiber­ transistors (T 4) für den Zünddarlington ein Widerstand (R 4) vorgeschaltet ist.

23. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des Treibertran­ sistors (T 4) eine Diode (D 2) vorgeschaltet ist.

24. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die der Basis des Treibertransistors (T 4) vorgeschaltete Diode (D 2) und den dem Kollektor des Treibertransistors vorgeschalte­ ten Widerstand (R 4) ein Widerstand (R 3) geschaltet ist.

25. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des Treibertran­ sistors (T 4) eine Zenerdiode (Z 2) vorgeschaltet ist.

26. Zündschaltung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich­ net, daß die der Basis des Treibertransistors (T 4) vor­ geschaltete Zenerdiode (Z 2) zwischen der Basis des Trei­ bertransistors (T 4) und dem Verbindungspunkt derjenigen Widerstände (R 1, R 2) angeordnet ist, die parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des zweiten Transistors (T 2) des Zünddarlington (ZD) angeordnet sind.