DE3805594A1 - Elektronische zuendvorrichtung - Google Patents
Elektronische zuendvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung vom elektroni
schen Verteilertyp für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen.
Zündvorrichtungen für Brennkraftmaschinen sind allgemein
bekannt. JP-60-20 667-A1 ist eine elektronische Zündvor
richtung zu entnehmen, bei der eine Gegenkopplungsschal
tung mit einer Stromerfassungseinrichtung zur Steuerung
des Stroms in einer Schalteinrichtung herangezogen wird,
welche die Unterbrechung des Primärstroms einer Zündspule
steuert. Für die Anwendung dieses Zündvorrichtungstyps für
Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen wurde empfohlen, einen
Teil der Vorrichtung gemeinsam zu verwenden, um so eine
mehrfache Ausbildung der Einzelsysteme zu vermeiden und
die resultierenden Gestehungskosten zu senken. Bei her
kömmlichen Zündvorrichtungen für Zweizylinder-Brennkraft
maschinen wurden ein der Stromerfassung dienender Wider
stand sowie eine Rückführungsschaltung o. dgl. zur
Steuerung des Stroms von zwei Schalttransistoren heran
gezogen.
Aus JP-60-2 09 668-A1 ist ferner eine Zündvorrichtung für
Vier- bzw. Achtzylinder-Brennkraftmaschinen bekannt, die
vier Leistungstransistoren zur Steuerung des Primärstroms
der Zündspule aufweist, wobei die vier Leistungstransi
storen mit einer gemeinsamen Stromerfassungsschaltung und
einer gemeinsamen Rückführungsschaltung versehen sind.
Bei der obenerwähnten herkömmlichen Zündvorrichtung tritt
allerdings das große Problem auf, daß eine Steuerung sämt
licher Schalteinrichtungen unmöglich wird, wenn eine ge
gebene Schalteinrichtung etwa durch Kurzschluß o. dgl. be
schädigt ist, da ein einziger Stromerfassungswiderstand
und eine einzige Rückführungsschaltung vorgesehen sind,
die gemeinsam für alle Schalteinrichtungen verwendet wer
den, so daß der Ausfall einer Schalteinrichtung zum Aus
fall der Zündung aller Zylinder und damit zum Ausfall der
Brennkraftmaschine führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvor
richtung vom elektronischen Verteilertyp für Mehrzylinder-
Brennkraftmaschinen anzugeben, die eine so hohe Ausfallsi
cherheit aufweist, daß eine Beschädigung einer Schaltein
richtung etwa durch Kurzschluß nicht zum Funktionsausfall
sämtlicher anderen Schalteinrichtungen führt.
Die Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unter
ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Er
findungskonzeption.
Die erfindungsemäße Zündvorrichtung vom elektronischen
Verteilertyp für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen umfaßt
eine Zündschaltung mit einer Zündspule und einem Lei
tungstransistor für jeden Zylinder oder jeweils zwei
Zylinder, wobei die Zündschaltung in mehreren Zündsystemen
integriert ist, die jeweils mindestens zwei Zündschal
tungseinheiten aufweisen, und jedes Zündsystem eine ge
meinsame, einzige Stromsteuerschaltung aufweist, die den
in der Leistungsschalteinrichtung des betreffenden Zünd
systems fließenden Strom steuert.
Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung zeichnet sich durch
hohe Ausfallsicherheit aus, da etwa bei Beschädigung einer
Leistungsschalteinrichtung, z. B. durch Kurzschluß, ledig
lich das der beschädigten Leistungsschalteinrichtung zuge
ordnete Zündsystem ausfüllt, während die anderen Zünd
systeme in Betrieb bleiben, so daß der Zündbetrieb für die
übrigen Zylinder der Brennkraftmaschine weitergeht und so
mit ein Ausfall der Brennkraftmaschine selbst verhindert
wird.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeich
nungen näher erläutert; es zeigt
Fig. 1: ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Zündvor
richtung;
Fig. 2: Signaldiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Zündvorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3: ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Zündvorrichtung;
Fig. 4: eine teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht
des Aufbaus eines Leistungsmoduls der erfin
dungsgemäßen Zündvorrichtung von Fig. 3
sowie
Fig. 5: ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Zündvorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Zündvorrichtung vom elektroni
schen Verteilertyp ist für einen Sechszylinder-Reihenmotor
vorgesehen. Die Zylinder weisen Zündkerzen 10 bis 15 auf,
die jeweils für einen Zylinder vorgesehen sind; die Zünd
kerze 10 gehört hierbei zum ersten Zylinder, die Zündkerze
11 zum sechsten Zylinder, die Zündkerze 12 zum fünften
Zylinder, die Zündkerze 13 zum zweiten Zylinder, die
Zündkerze 14 zum dritten Zylinder und die Zündkerze 15 zum
vierten Zylinder, wobei diese Reihenfolge beispielsweise
der Zündfolge 1, 5, 3, 6, 2, 4 entspricht.
Die sechs Zündkerzen 10 bis 15 sind mit jeweils zugehö
rigen Zündspulen 4 bis 9 verbunden, deren Primärwicklungen
mit Leistungstransistoren 20 bis 25 in Reihe geschaltet
sind. Die Leistungstransistoren 20 bis 25 unterbrechen den
Primärstrom der Zündspulen 4 bis 9 und erzeugen so eine
Hochspannung in den Sekundärwicklungen der Zündspulen zur
Betätigung der Zündkerzen. Die Zündschaltung besteht ent
sprechend aus den Zündspulen 4 bis 9 und den Leistungs
transistoren 20 bis 25.
Diese Zündschaltung ist, wie aus den Zeichnungen hervor
geht, in drei Zündsysteme unterteilt, die jeweils zwei
Zündschaltungseinheiten aufweisen. Bei der dargestellten
Ausführungsform bilden eine Zündschaltungseinheit mit der
Zündspule 4 und dem Leistungstransistor 8 sowie eine Zünd
schaltungseinheit mit der Zündspule 5 und dem Leistungs
transistor 21 eine erste Zündeinheit, eine Zündschaltungs
einheit mit der Zündspule 6 und dem Leistungstransistor 22
und eine Zündschaltungseinheit mit der Zündspule 7 und dem
Leistungstransistor 23 eine zweite Zündeinheit und eine
Zündschaltungseinheit mit der Zündspule 8 und dem Lei
stungstransistor 24 und eine Zündschaltungseinheit mit der
Zündspule 9 und dem Leistungstransistor 25 eine dritte
Zündeinheit. Diese drei Zündeinheiten sind über Sicherun
gen 100, 101 bzw. 102 sowie über den Zündschalter 2 mit
der Batterie 1 des Fahrzeugs als Stromquelle verbunden.
Die Batterie 1 ist andererseits über den Zündschalter 2
mit dem Stromversorgungsanschluß eines Mikrocomputers 3
verbunden. Der Mikrocomputer 3 empfängt die Ausgangs
signale verschiedener Sensoren, die Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine erfassen; hierzu gehören die Dreh
zahl (RPM), die Kühlwassertemperatur (TW), die Batterie
spannung (VB) sowie der Drosselklappenöffnungsgrad (OT).
Der Mikrocomputer 3 steuert aufgrund dieser Ausgangssigna
le die Zündschaltung so an, daß optimale Zündzeitpunkte
für die vorliegenden Betriebsbedingungen der Brennkraft
maschine erzielt werden. Die Ausgänge des Mikrocomputers 3
liegen an einem Leistungsschaltungsmodul 16, der die sechs
Leistungstransistoren 20 bis 25 enthält. Im einzelnen lie
fert der Mikrocomputer 3 Steuersignale zum Basisanschluß
jedes der sechs Leistungstransistoren 20 bis 25 und
steuert so den EIN/AUS-Betrieb der Leistungstransistoren
20 bis 25.
Der Leistungsschaltungsmodul 16 ist ebenfalls in die ent
sprechenden Zündsysteme unterteilt, so daß die drei Paare
von Leistungstransistoren 20, 21; 22, 23 und 24, 25 ent
sprechend drei Zündsystemen zugeordnet sind. Jede dieser
Zündeinheiten besitzt eine gemeinsame Strombegrenzungs
schaltung. So ist beispielsweise für die beiden Leistungs
transistoren 20, 21 des ersten Zündsystems eine gemeinsame
Strombegrenzungsschaltung 17 vorgesehen. Die Strombegren
zungsschaltung 17 umfaßt einen einzigen Stromerfassungswi
derstand 17 a, der zwischen die Emitter der Leistungstran
sistoren 20, 21 und Erde eingeschaltet ist, Spannungstei
lerwiderstände 17 b, 17 c, die parallel zum Stromerfas
sungswiderstand 17 a geschaltet sind, einen Stromsteuer
transistor 17 d, dessen Basis mit dem Neutralpunkt der
Treiberwiderstände verbunden und dessen Emitter geerdet
ist, sowie Dioden 17 e, 17 f, die in Vorwärtsrichtung zwi
schen den Kollektor des Stromsteuertransistors 17 d und die
Basis der beiden Leistungstransistoren 20, 21 geschaltet
sind. Die beiden Leistungstransistoren 22, 23, die dem
zweiten Zündsystem zugehören, sind ebenfalls mit einer
gemeinsamen Strombegrenzungsschaltung 18 versehen, während
die anderen beiden Leistungstransistoren 24, 25 dem
dritten Zündsystem mit einer gemeinsamen Strombegren
zungsschaltungen sind ebenfalls im Leistungsschal
tungsmodul 16 integriert.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der oben erläuterten
Zündvorrichtung näher erläutert. Die in Fig. 2 dargestell
ten Signaldiagramme a bis f entsprechen den Basissignalen,
die vom Mikrocomputer 3 an die entsprechenden Lei
stungstransistoren 20 bis 25 angelegt werden. Im einzelnen
zeigen das Signaldiagramm a das Basisignal des Lei
stungstransistors 20 zur Steuerung der Zündung des ersten
Zylinders, das Signaldiagramm b das Basissignal des
Leistungstransistors 22 für den fünften Zylinder, das
Signaldiagramm c das Basisignal des Leistungstransistors
24 für den dritten Zylinder, das Signaldiagramm d das
Basissignal des Leistungstransistors 21 für den sechsten
Zylinder, das Signaldiagramm e das Basissignal des Lei
stungstransistors 23 für den zweiten Zylinder und das
Signaldiagramm f das Basissignal des Leistungstransistors
25 für den vierten Zylinder. Der Mikrocomputer 3 erzeugt
entsprechend für jeden Zylinder ein Zündsteuersignal (Ba
sissignal), ohne daß sich die betreffenden Zündsteuersig
nale überlappen.
Die Strombegrenzungsschaltungen 17, 18 und 19 besitzen je
weils gleiche Schaltungskonfiguration und gleiche Funk
tion, so daß lediglich die Strombegrenzungsschaltung 17 im
folgenden beispielhaft erläutert wird. Der Stromer
fassungswiderstand 17 a der Strombegrenzungsschaltung 17
ist mit den Emittern der Leistungstransistoren 20 und 21
verbunden und erfaßt den darin fließenden Strom. Wenn im
einzelnen ein Strom im Stromerfassungswiderstand 17 a zu
fließen beginnt, tritt eine dazu proportionale Spannung am
Stromerfassungswiderstand 17 a auf. Diese Spannungssignal
wird durch die Spannungsteilerwiderstände 17 b′ 17c geteilt
und liegt an der Basis des Stromsteuertransistors 17 d an,
der der Strombegrenzung dient. Wenn der im Leistungstran
sistor 20 oder 21 fließende Strom, d. h. der Primärstrom
der Zündspule 4 oder 5, einen vorgegebenen Wert erreicht,
wird der Stromsteuertransistor 17 d leitend. Als Ergebnis
davon wird das an der Basis des Leistungstransistors 20
oder 21 anliegende Zündsteuersignal durch die in Vorwärts
richtung angeschlossene Diode 17 e oder 17 f zur Erde abge
führt, und der Stromsteuertransistor 17 d ist leitend, wie
obenerwähnt. Auf diese Weise wird das Zündsteuersignal
des Leistungstransistors 20 oder 21 gesteuert, um so den
Maximalwert des Primärstroms der Zündspule auf einen vor
gegebenen Pegel einzustellen. Die Signalform des Primär
stroms der so gesteuerten Zündspule 4 ist in Fig. 2 im
Signaldiagramm g dargestellt. Das Signaldiagramm h von
Fig. 2 zeigt schließlich die Art der Hochspannungserzeu
gung zur Auslösung des Zündfunkens der Zündkerze 10, die
sich im ersten Zylinder befindet, d. h. der Sekundärspan
nung der Zündspule 4. Im einzelnen wird gleichzeitig mit
dem Abschalten des Primärstroms der Zündspule 4, wie aus
Fig. 2, Signaldiagramm g hervorgeht, durch die dann in der
Primärwicklung der Zündspule 4 gespeicherte Energie ein
Hochspannungs-Zündsignal erzeugt.
Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, umfaßt die er
findungsgemäße Zündvorrichtung mehrere Zündschaltungen,
die jeweils eine Zündspule und einen Leistungstransistor
aufweisen, die jeweils auf mehrere Zündsysteme aufgeteilt
sind, im vorliegenden Fall sechs Zündschaltungen, die in
drei Zündsysteme aufgeteilt und integriert sind. Als Kon
sequenz davon fällt, falls aus irgendeinem Grund einer der
Leistungstransistoren, etwa durch Kurzschluß, beschädigt
wird, lediglich das Zündsystem aus, dem der betreffende
Leistungstransistor zugeordnet ist, während die übrigen
Zündsysteme normal weiterarbeiten, wodurch insgesamt die
Ausfallsicherheit der Zündvorrichtung gegenüber dem Stand
der Technik signifikant verbessert ist. Wenn beispiels
weise angenommen wird, daß bei der in Fig. 1 dargestellten
Zündvorrichtung der Leistungstransistor 20 durch Kurzschluß
aus irgendeinem Grund beschädigt ist, wobei allgemein
gilt, daß eine Beschädigung eines Transistors in seinem
Übergangsbereich erfolgt und zum Kurzschluß führt, fließt
ein konstanter Strom im Stromerfassungswiderstand 17 a, und
der Stromsteuertransistor 17 d, der zur Strombegrenzung
dient, bleibt betätigt. Das an der Basis des anderen Lei
stungstransistors 21 des gleichen Zündsystems anliegende
Basissignal, d. h. das betreffende Zündsteuersignal, wird
durch den so eingeschaltet bleibenden Stromsteuertransi
stor 17 d an Erde gelegt, so daß der Leistungstransistor 21
ausgeschaltet bleibt. Aus diesem Grund fließt keine Primär
strom in der Zündspule 5, wodurch die Zündkerze 11 (die im
vorliegenden Beispiel dem sechsten Zylinder zugeordnet
ist) nicht zündet.
Wenn die oben erläuterte Strombegrenzungsschaltung für
sämtliche Zylinder (im vorliegenden Beispiel sämtliche
sechs Zylinder) gemeinsam wäre, wie dies beim Stand der
Technik der Fall ist, würde eine Beschädigung durch Kurz
schluß eines Leistungstransistors, wie oben erläutert, zum
Zündausfall bei sämtlichen Zylindern führen, also zum Aus
fall der Brennkraftmaschine. Eine Beschädigung eines Lei
stungstransistors durch Kurzschluß, wie oben erwähnt,
würde also bei einem mit einer herkömmlichen Zündvorrich
tung ausgerüsteten Kraftfahrzeug zum Gesamtausfall der
Zündvorichtung und damit zum Ausfall des Fahrzeugs füh
ren.
Im Gegensatz dazu fallen bei der erfindungsgemäßen Zünd
vorrichtung, die Zündschaltungen mit Zündspulen und
Leistungstransistoren sowie mehrere mit ihnen integrierte
Zündsysteme aufweist, die jeweils eine Strombegren
zungsschaltung aufweisen und für mehrere Zündschaltungen
gemeinsam vorgesehen sind, bei Beschädigung eines
Leistungstransistors, im vorliegenden Beispiel des
Leistungstransistors 20, durch Kurzschluß die Zündspulen 4
und 5 aus, welche die Zündkerzen 10 bzw. 11 betätigen, die
sich im ersten bzw. sechsten Zylinder befinden, wobei die
Zündspulen 6, 7, die dem fünften bzw. sechsten Zylinder
zugeordnet sind, und die Zündspulen 8, 9, die dem dritten
bzw. vierten Zylinder zugeordnet sind, und die Leistungs
transistoren 22 bis 25, die den Primärstrom dieser
Zündspulen steuern, normal weiterarbeiten. Vier der sechs
Zylinder der Brennkraftmaschine werden so normal weiterge
zündet, so daß die Brennkraftmaschine nicht stehenbleibt
und ein entsprechendes Fahrzeug folglich zumindest im Not
laufbetrieb die nächste Servicestation oder Reparatur
werkstatt erreichen kann.
Gemäß der oben erläuterten Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Zündvorrichtung, bei der erste, fünfte,
dritte, sechste, zweite bzw. vierte Zylinder entsprechend
der Zündfolge drei Zündsystemen mit jeweils zwei Zylindern
zugeordnet sind, nämlich Zylinderpaaren aus dem ersten und
sechsten, fünften und zweiten sowie dritten und vierten
Zylinder, kann entsprechend bei Beschädigung eines
Leistungstransistors eines der Zündsysteme durch
Kurzschluß und entsprechenden Ausfall
die Brennkraftmaschine weiter in weichem, ausgeglichenem
Betrieb gehalten werden. Die in Fig. 1 enthaltenen Zünd
systeme weisen Sicherungen 100, 101 bzw. 102 auf, die so
ausgelegt sind, daß sie bei Beschädigung und Ausfall eines
Leistungstransistors durch Kurzschluß durchbrennen. Das
Zündsystem, in dem sich der durch Kurzschluß beschädigte
Leistungstransistor befindet, wird dadurch von der Strom
versorgung getrennt, wodurch der Energieverbrauch verrin
gert und die Batterie geschont wird.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfinduns
gemäßen Zündvorrichtung dargestellt, die sich ebenfalls
auf einen Sechszylindermotor bezieht. Die Zündschaltung
ist in drei Zündsysteme unterteilt, in denen MOSFETs als
Leistungstransistoren 20′ bis 25′ als Leistungsschalt
elemente vorgesehen sind. Im einzelnen umfaßt das erste
Zündsystem Zündspulen 4, 8 und 7 zur Zündung der Zündkerze
10 des ersten Zylinders, der Zündkerze 14 des dritten
Zylinders bzw. der Zündkerze 13 des zweiten Zylinders, und
die als MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren 20′,
24′ und 23′. Das zweite Zündsystem umfaßt die Zündspulen
6, 5 und 9 zur Versorgung der Zündkerze 12 des fünften
Zylinders, der Zündkerze 11 des sechsten Zylinders bzw.
der Zündkerze 15 des vierten Zylinders sowie die als
MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren 22′, 21′ und
25′, die in Serie mit den betreffenden Zündspulen
geschaltet sind. Bei dieser Schaltungskonfiguration werden
der erste, fünfte, dritte, sechste, zweite bzw. vierte
Zylinder entsprechend der gleichen Zündfolge wie bei Fig. 1
gezündet. Wie aus der in Fig. 3 dargestellten
Schaltungsanordnung ersichtlich ist, sind die
Zündschaltungen des ersten und des zweiten Zündsystems
sequentiell in der Reihenfolge der Zündfolge verteilt, so
daß auch dann, wenn eines der Zündsysteme durch Be
schädigung eines Leistungstransistors durch Kurzschluß
ausfallen sollte, die anderen Systeme (d. h. drei Zylinder)
normal weiter in Betrieb bleiben, wodurch, wie im Fall der
Ausführungsform von Fig. 1, der betreffende Motor weich
und unter ausgeglichenen Betriebsbedingungen weiterläuft.
Die Strombegrenzungsschaltungen 170 und 180, die in den
Zündsystemen vorgesehen sind, weisen im wesentlichen die
gleiche Funktion wie die in Fig. 1 dargestellten Zünd
systeme auf. So umfaßt die Strombegrenzungsschaltung 170
beispielsweise einen Stromerfassungswiderstand 17 a, Span
nungsteilerwiderstände 170 b und 170 c, einen Stromsteuer
transistor 170 d sowie drei in Vorwärtsrichtung angeschlos
sene Dioden 170 e, 170 f und 170 g, die mit den Source
anschlüssen der drei als MOSFETs ausgebildeten Leistungs
transistoren 20′, 24′ und 23′ verbunden sind.
Ein als MOSFET ausgebildeter Leistungstransistor stellt
inhärenterweise eine Spannungssteuervorrichtung dar, da
der Drainstrom (Sourcestrom) eines solchen Transistors
durch Anlegen einer konstanten Spannung an sein Gate
steuerbar ist. Im Strombereich von 4 bis 6 A, wie er für
Zündsysteme angewandt wird, ist allerdings zum einen die
Gatespannung schwierig zu steuern, und andererseits treten
durch Änderungen in den MOSFET-Leistungstransistoren in
stabile Peakwerte des Drainstroms (Sourcestroms) auf. Des
halb unterliegt die Steuerung des Peakwerts des Drainstroms
(Sourcestroms) durch Steuerung der Gatespannung einer ge
wissen Begrenzung. Daher erfolgt bei der in Fig. 3 darge
stellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündvor
richtung die Steuerung der Gatespannung über die Sätti
gungsspannung V CE(sat) des Stromsteuertransistors 170 d
bzw. 180 d. Wenn Sourcestrom eines Leistungs-MOSFETs,
wie etwa des Leistungstransistors 20′, einen vorgegebenen
Wert erreicht, wird der Stromsteuertransistor 170 d leitend
und steuert die Gatespannung so, daß der Sourcestrom
konstantgehalten wird. Als Ergebnis davon ist die Regel
genauigkeit bei der Strombegrenzung im Vergleich zum her
kömmlichen Verfahren der Konstanthaltung der Gatespannung
erheblich verbessert. Die übrigen Komponenten der in Fig. 3
dargestellten Schaltung entsprechen identisch denen der
Schaltung von Fig. 1.
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 bleiben auch bei Kurz
schluß und Beschädigung einer der Leistungsschalteinrich
tungen die übrigen Zündsysteme und damit die Brennkraft
maschine weiter in Betrieb. Im Gegensatz zu der in Fig. 1
dargestellten Ausführungsform, bei der in einem solchen
Fall die Brennkraftmaschinenleistung auf zwei Drittel ver
ringert wird, wird allerdings bei der Zündvorrichtung von
Fig. 3 die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine hal
biert, da die Zündvorrichtung in zwei anstatt, wie im Fall
von Fig. 1, in drei Zündsysteme unterteilt ist. Trotz die
ses Nachteils hat die in Fig. 3 dargestellte Ausfüh
rungsform den großen Vorteil einer hohen Wirtschaft
lichkeit und niedrigerer Gestehungskosten, da sie lediglich
zwei Strombegrenzungsschaltungen und Sicherungen umfaßt.
Fig. 4 zeigt die Konfiguration einer aus MOSFETs aufgebau
ten Leistungsschalteinrichtung, die auf einem einzigen
Siliciumchip aufgebaut ist, im Querschnitt. Die einzelnen
Vorrichtungen sind dabei auf einem Substrat vom P-Typ
ausgebildet. Die Vorrichtung umfaßt eine Metallisierungs
schicht 200 zum Verlöten oder anderweitigen Verbinden mit
einem Kühlblech u. dgl., eine Schicht 201 vom P-Typ, die
mit dem negativsten Potential (Erde) verbunden ist, eine
Isolierschicht 202 aus Siliciumoxid sowie eine aufgedampf
te Aluminiumelektrode 203. Die Vorrichtung umfaßt einen
MOSFET 204 bis 206 mit Drainelektrode 204, Gateelektrode
205 und Sourceelektrode 206 sowie einen MOSFET 215 bis 217
mit Sourceelektrode 215, Gateelektrode 216 und Drain
elektrode 217. Ferner ist ein Widerstand 207 bis 209 dar
gestellt, der durch Diffusion in der P⁺-Schicht zwischen
den Elektroden 208 und 209 erzeugt ist, wobei die Elektro
de 207 mit dem positivsten Potential (Plusanschluß der
Batterie) verbunden ist. Die Anschlüsse 210 und 211 ge
hören andererseits zu einer Diode mit PN-Übergang, wobei
ferner ein Stromsteuertransistor 212 bis 214 mit Basis
212, Emitter 213 und Kollektor 214 vorgesehen ist. Auf die
in Fig. 4 schematisch dargestellte Weise läßt sich eine
Vielzahl von Leistungs-MOSFETs und den entsprechenden, zu
geordneten Bauelementen auf einem einzigen Siliciumchip
unterbringen, wobei durch Verwendung von Siliciumschichten
vom N-Typ und vom P-Typ auch die Strombegrenzungsschaltun
gen auf einem einzigen Chip vorgesehen werden können. Ent
sprechende Vorrichtungen können kollektiv durch Aufdampofen
von Aluminium zwischen den Kontaktstellen miteinander ver
bunden werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Verbin
dungen im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren unter Ver
löten oder durch Wirebonding erheblich verbessert werden
kann. Ferner führt diese Konzeption auch zu einer Ver
ringerung der Anzahl der Schaltungsteile, so daß entspre
chende Leistungsschalter verringerten Platzbedarf aufwei
sen, wodurch wiederum preiswerte Zündsysteme mit günstiger
Montierbarkeit und geringem Montage- bzw. Produktions
zeitbedarf zugänglich sind.
Die Leistungsschaltvorrichtungen können anstelle der
MOSFETs auch übliche Leistungstransistoren aufweisen. Nach
Art von Fig. 4 aufgebaute Leistungsschalter können nicht
nur bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung eingesetzt
werden, sondern eignen sich auch für Zündvorrichtungen vom
elektronischen Verteilertyp und Zündsysteme mit simultaner
Zündung des Typs von Fig. 3. Auf diese Weise ist die Zu
verlässigkeit der Verbindungen erheblich verbessert, wobei
gleichzeitig eine erhebliche Größenverringerung der Lei
stungsschaltungseinrichtungen erzielt wird.
Bei den oben erläuterten Ausführungsformen sind die jewei
ligen Zündsysteme, die mehrere Leistungsschalter sowie
eine Strombegrenzungsschaltung aufweisen, auf einem einzi
gen Halbleitersubstrat ausgebildet. Bei der in Fig. 1 dar
gestellten Ausführungsform sind beispielsweise die Lei
stungstransistoren 20, 21 sowie die Strombegrenzungsschal
tung 17 in Form eines Zündsystems auf einem einzigen Halb
leitersubstrat ausgebildet, während die Leistungstransis
toren 22, 23 und die Strombegrenzungsschaltung 18 als
weiteres System auf einem weiten Halbleitersubstrat er
zeugt sind, und auch die Leistungstransistoren 24, 25 und
die entsprechende Strombegrenzungsschaltung 19 ein
weiteres System darstellen, das auf einem weiteren Halb
leitersubstrat erzeugt ist, wobei diese Systeme den Lei
tungsschaltermodul 16 aufbauen. Im einzelnen besitzt je
des der drei Halbleitersubstrate zwei Leistungsschaltein
richtungen sowie eine Strombegrenzungsschaltung, die
darauf ausgebildet sind, wobei drei derartige Anordnungen
zur Steuerung der Zündung beispielsweise einer Sechs
zylinder-Brennkraftmaschine herangezogen werden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 bilden andererseits
drei Leistungs-MOSFETs und eine Strombegrenzungsschaltung
jeweils ein Zündsystem, wobei zwei Halbleitersubstrate zum
Aufbau eines entsprechenden Leistungsschaltermoduls heran
gezogen werden.
Wie oben erläutert, werden die verschiedenen Zündsysteme
auf verschiedenen Halbleitersubstraten ausgebildet, um da
durch sicherzustellen, daß selbst bei Beschädigung der
Leistungsschalteinrichtung eines gegebenen Zündsystems
durch Kurzschluß die anderen Zündsysteme intakt bleiben,
wodurch Betriebssicherheit und genauer Zündbetrieb der
übrigen Zündsysteme sichergestellt sind. Wenn ein Zünd
system aus zwei Leistungstransistoren und einer zugeord
neten Strombegrenzungsschaltung aufgebaut ist, wie im Bei
spiel von Fig. 1, lassen sich zwei derartige Anordnungen
leicht für Vierzylinder-Brennkraftmaschinen verwenden; für
Achtzylinder-Brennkraftmaschinen werden entsprechend vier
derartige Anordnungen herangezogen. Die Zündschaltung der
Ausführungsform von Fig. 3 kann entsprechend mit nur einer
Strombegrenzungsschaltung für jeweils drei Leistungs
schalteinrichtungen konzipiert werden, wodurch der beson
dere Vorteil niederer Gestehungskosten erzielt wird. Wenn
MOSFETs als Leistungstransistoren verwendet werden, die
auf den Halbleitersubstraten ausgebildet sind, kann insbe
sondere ein vergleichsweise geringer Leistungsbedarf bei
zugleich erhöhter Integrationsdichte erzielt werden, wes
halb sich entsprechende Schaltungen besonders für kompakte
Zündsysteme eignen.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Zündvorrichtung in der Anwendung auf Zündsysteme
mit Simultanzündung für eine Achtzylinder-Brenn
kraftmaschine dargestellt. In Fig. 5 sind für gleiche
Bauteile gleiche Bezugszahlen verwendet wie bei Fig. 1.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die
Sekundärwicklungen der Zündspulen 401, 402, 403, 404 mit
den Zündkerzen 411, 412, 414, 415, 416 bzw. 417, 418
verbunden, die jeweils paarweise an die betreffenden
Sekundärwicklungen angeschlossen und den betreffenden
Zylindern der Achtzylinder-Brennkraftmaschine zugeordnet
sind. Ferner sind Hochspannungsdioden 421, 422, 423, 424
zwischen einem Wicklungsanschluß der Sekundärwicklung der
genannten Zündspulen und den Zündkerzen 412, 414, 416 bzw.
418 eingeschaltet. Die Primärwicklungen der Zündspulen
401, 402, 403, 404 sind mit als MOSFETs ausgebildeten
Leistungstransistoren 431, 432, 433 bzw. 434 in Reihe
geschaltet, deren Gates mit Steuersignalen von Mikro
computer 3 versorgt werden. Durch Ein- und Ausschalten der
Leistungstransistoren wird entsprechend an den Sekun
därwicklungen der Zündspulen 401, 402, 403, 404 eine
Hochspannung erzeugt, um den Zündfunken in den ent
sprechenden Zündkerzen auszulösen. Bei der dargestellten
Ausführungsform sind jeweils zwei Zündkerzen an die
gleiche Zündspule angeschlossen, beispielsweise die
Zündkerzen 411 und 412 an die Sekundärwicklung der
Zündspule 401, so daß diese Zündkerzen gleichzeitig
zünden. Der Zündfunke tritt also bei diesen Zündkerzen
sowohl im Explosionstakt als auch im Auspufftakt des
betreffenden Zylinders auf.
Die obenerwähnten, als MOSFETs ausgebildeten Leistungs
transistoren 431 und 432 bilden ein Zündsystem, wobei eine
gemeinsame Strombegrenzungsschaltung 441 verwendet ist.
Auch die als MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren
433, 434 bilden ein weiteres Zündsystem, dem eine gleich
artige Strombegrenzungsschaltung 442 zugehört. Diese
Strombegrenzungsschaltungen 441, 442 sind gleich ausgebil
det wie die Strombegrenzungsschaltungen von Fig. 3. Auch
bei der in Fig. 5 dargestellten Zündvorrichtung bleiben
bei Ausfall eines der als MOSFETs ausgebildeten Leistungs
transistoren der beiden Zündsysteme durch Kurzschluß die
übrigen Komponenten des Systems weiter in Betrieb, wodurch
ein damit ausgerüsteter Motor trotz der Verringerung der
Ausgangsleistung auf die Hälfte weiter betrieben werden
kann.
Aus der obigen Erläuterung ist ersichtlich, daß aufgrund
der Erfindungskonzeption ein Ausfall einer gegebenen Lei
stungsschalteinrichtung durch Kurzschluß nicht zum Ausfall
der gesamten Zündvorrichtung führt, so daß die erfindungs
gemäße Zündvorrichtung vom elektronischen Verteilertyp,
die für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen vorgesehen ist,
gegenüber dem Stand der Technik eine erheblich höhere Be
triebssicherheit ermöglicht.
Claims (6)
1. Zündvorrichtung vom elektronischen Verteilertyp für
Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen,
gekennzeichnet durch
- - mehrere Zündschaltungen, die jeweils für einen oder zwei Zylinder vorgesehen sind und eine Zündspule (4-9; 401-404) und ein Leistungsschaltelement (20-25; 20′-25′; 431-434) aufweisen, sowie
- - mehrere Zündsysteme, die jeweils für mehr als eine der Zündschaltungen vorgesehen sind und eine Strom begrenzungsschaltung (17, 18, 19; 170, 180; 441, 442) enthalten, die den durch die Leistungsschaltelemente (20-25; 20′-25′; 431-434) der zugeordneten Zündschal tungen fließenden Strom steuert (Fig. 1, 3 und 5).
2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Leistungselemente (204-206; 215-217)
und die Bauelemente der zugehörigen Strombegrenzungs
schaltung (207-214) auf einem gemeinsamen Halbleiter
substrat (201) vorgesehen sind (Fig. 4).
3. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Leistungsschaltelemente MOSFETs (204-206;
215-217) sind.
4. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
da
durch gekennzeichnet, daß jedes Zündsystem zwei Leis
tungsschaltelemente (20, 21; 22, 23) (Fig. 1) umfaßt.
5. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß jedes Zündsystem drei Leis
tungsschaltelemente (20′, 24′, 23′; 22′, 21′, 25′) um
faßt (Fig. 3).
6. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß sie von einem Mikrocomputer
(3) gesteuert ist, der Eingangssignale (RPM, TW, VB,
OT) von ensprechenden Sensoren empfängt und entspre
chende Zündsteuersignale an die Leistungsschaltelemente
(20-25; 20′-25′; 431-434) abgibt.
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