EP0489264B1 - Elektronisches Zündsystem - Google Patents
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
- F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
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- F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
- F02P15/12—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having means for strengthening spark during starting
Definitions
- the invention relates to an electronic ignition system for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
- Such a electronic ignition system is known from US 4, 406, 273.
- an encoder and a control unit are used controlled by means of switching transistors ignition coils, the ignition voltage or generate the ignition current.
- Older ignition systems with single ignition use a distributor to mechanically apply the ignition voltage to the to distribute individual cylinders in modern ignition systems Cylinder - without mechanical distributor - directly controlled.
- High ignition energy is the Ignition coil needed for the ignition process; then there is also contamination the spark plug - there is a low-resistance shunt through which some of the ignition energy flows out of the ignition coil - usually ensured that a spark arises between the spark plug electrodes.
- the spark plugs have a burning time by a control unit consisting of an inductive sensor and a pulse shaping unit shortened to a certain fixed value.
- FR 2 500 074 there is an electronic ignition system for internal combustion engines to control the spark duration of the spark plugs described.
- this electronic ignition system with a mechanical Switch (mechanical interrupter contact) in the output stage for Switching the primary current on and off in the ignition coil, i.e. by default the switch-on times for the primary current in the ignition coil and thus for the ignition tent points of the individual cylinders of the fuel press by means of a (the only provided) control signal the burning time of the Shortened spark plugs.
- the control connection (gate connection) is connected to the battery voltage as a fixed reference potential; Consequently there is no suitable voltage or energy for driving the thyristor to disposal.
- the gate connection of the thyristor is from Connection point between the primary winding of the ignition coil and mechanical Switch decoupled via a capacitor and a resistor, so that control of the mechanical switch is not possible.
- the invention has for its object to provide an electronic ignition system for internal combustion engines according to the preamble of claim 1, with which an extension of the spark plug life is made possible and can be manufactured inexpensively and in large quantities. This object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the invention result from the further claims.
- the burning time or burning time of the spark plugs - during this time maintain an arc between the spark plug electrodes - can according to the electronic ignition system according to the invention
- Burning time specification by the control unit designed as a control unit can be varied: in particular, the maximum can be attempted during a cold start Burn time should be provided while the engine is already running is reduced; therefore, a high-energy or shunt-insensitive Ignition can be used without being harmful Effects on spark plug life may occur.
- the desired or required spark plug burn time may vary depending on Engine parameters are determined or specified and is controlled by the control unit passed on to the final stage.
- a switching unit is included in the final stage to influence the burning time one as a bipolar NPN switching transistor with at least one collector connection trained switch provided by the primary side the ignition coil after the burn time specified by the control unit is short-circuited; this will cause the spark between the spark plug electrodes extinguished and the burning time ended.
- This creates a free-running current in the switching unit, through which the in Ignition coil stored energy is dissipated, this amount of energy The greater the specified burning time compared to the maximum burning time is shortened.
- FIG. 1 shows the schematic block diagram of an electronic ignition system for a motor vehicle.
- the control unit designed as a control device controls the time course of the ignition or the ignition times t Z by switching the ignition coil on / off, by using the switching edges U Z as the first control signal at the ignition input E Z of the output stage to determine the time course of the current flow I Pr through the primary winding the ignition coil is specified.
- a control voltage U st is specified as a second control signal for the burning time t Br of the spark plugs - depending on engine parameters such as gasoline-air mixture, speed, engine temperature and engine load - at the control input E st of the output stage.
- the ignition IC serving to regulate the ignition transistor T 1 - also has a switching unit which is connected to the control input E st by the control voltage U st is controlled and by which the burning time t Br of the spark plugs on the secondary side of the ignition coil is varied.
- the ignition coil is switched by the ignition transistor T 1 ;
- the individual coils are assigned to the ignition coil either with or without a distributor via the spark plugs (terminal 3), the burning voltage U Br being present across the spark plugs and the combustion current I Br flowing through the spark plugs.
- the primary side of the ignition coil is connected (via terminal 15) to the operating voltage U B , on the other hand, the collector voltage of the ignition transistor T 1 is present at the primary connection of the ignition coil (at terminal 1).
- the control transistor T 3 remains blocked and the switching unit would - undesirably - be activated immediately after the ignition point t Z with each ignition and the burning time t Cancel Br immediately.
- the pull-up resistance R 2 is provided, which supplies the operating voltage U B to the base connection of the drive transistor T 3 , so that it is activated when there is no control voltage U st ; the switching unit is thereby deactivated, and an unabridged ignition process with the maximum burning time t Br is made possible
- the switch of the switching unit can also be realized in another way in addition to the embodiment presented above.
- the NPN switching transistor can be designed as a Darlington transistor or as a triple transistor which has a large current gain.
- protective measures or protective components for common interference voltages can be provided in the switching unit.
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Description
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Dabei zeigen:
- Figur 1
- das Prinzipschaltbild eines elektronischen Zündsystems,
- Figur 2
- die zeitlichen Signalverläufe bei maximaler Brenndauer der Zündkerzen,
- Figur 3
- die zeitlichen Signalverläufe bei verkürzter Brenndauer der Zündkerzen,
- Figur 4
- ein Ausführungsbeispiel für die Schalteinheit des elektronischen Zündsystems.
Die als Steuergerät ausgebildete Steuereinheit steuert den zeitlichen Verlauf der Zündung bzw. die Zündzeitpunkte tZ durch Ein-/Ausschalten der Zündspule, indem über die Schaltflanken UZ als erstem Steuersignal am Zündeingang EZ der Endstufe der zeitliche Verlauf des Stromflusses IPr durch die Primärwicklung der Zündspule vorgegeben wird. Außerdem wird eine Steuerspannung Ust als zweites Steuersignal für die Brenndauer tBr der Zündkerzen - abhängig von Motorparametern wie Benzin-Luft-Gemisch, Drehzahl, Motortemperatur und Motorlast - am Steuereingang Est der Endstufe vorgegeben.
Die Endstufe besitzt neben dem Zündschaltgerät - mit einem Zünd-lC und dem Zündtransistor (Endstufentransistor) T1 zur Ansteuerung der Zündspule, wobei das Zünd-lC zur Regelung des Zündtransistors T1 dient - noch eine Schalteinheit, die am Steuereingang Est durch die Steuerspannung Ust angesteuert wird und durch die die Brenndauer tBr der Zündkerzen auf der Sekundärseite der Zündspule variiert wird.
Die Zündspule wird vom Zündtransistor T1 geschaltet; auf der Sekundärseite der Zündspule sind der Zündspule entweder mit oder ohne Verteiler die einzelnen Zylinder über die Zündkerzen (Klemme 3) zugeordnet, wobei über den Zündkerzen die Brennspannung UBr ansteht und durch die Zündkerzen der Brennstrom IBr fließt. Die Primärseite der Zündspule ist (über die Klemme 15) an die Betriebsspannung UB angeschlossen, andererseits liegt am Primäranschluß der Zündspule (an der Klemme 1) die Kollektorspannung des Zündtransistors T1 an.
Gemäß Figur 2a ist das vom Steuergerät vorgegebene zweite Steuersignal (die Steuerspannung USt) länger als die maximale Brenndauer, so daß ein "normaler" Zündzyklus mit einer unverkürzten Brenndauer tBr von beispielsweise 3 ms vorliegt, wie er beispielsweise beim Kaltstart erforderlich ist:
- der Zündtransistor T1 wird durch die im Steuergerät erzeugten Schaltflanken UZ gesteuert, wobei beim Abschalten des Zündtransistors T1 der Stromfluß durch die Zündspule unterbrochen und eine Induktionsspannung auf der Primärselte der Zündspule induziert wird.
- der Spannungsanstieg auf der Primärseite der Zündspule - die in Figur 2b dargestellte Primärspannung UPr oder Rückschlagspannung, die beispielsweise 380 bis 400 V beträgt wird durch Induktion auf die Sekundärseite der Zündspule übertragen.
- ist die Induktionsspannung auf der Sekundärseite der Zündspule auf einen bestimmten Wert (beispielsweise 20 kV) angestiegen, erfolgt durch einen Funkenüberschlag zwischen den Zündkerzenelektroden die Zündung (Zündzeitpunkt tZ); infolgedessen fällt die Spannung auf der Sekundärseite der Zündspule von 20 kV auf ca. 400 V ab - dies ist die sogenannte Brennspannung UBr (Figur 2c).
- die in der Zündspule beim Aufladevorgang gespeicherte Energie bestimmt die Brennzeit bzw. Brenndauer tBr; der Brennstrom IBr (Figur 2d) fließt so lange bzw. der Lichtbogen zwischen den Zündkerzenelektroden (die Brennspannung UBr) steht so lange an, bis die gespeicherte Energie verbraucht bzw. in den Zündkerzen umgesetzt ist.
- nach Ablauf des Zündvorgangs geht die Rückschlagspannung oder Primärspannung UPr auf der Primärseite der Zündspule (Figur 2b) von ihrem Maximalwert (380- 400 V) auf die Betriebsspannung UB (beispielsweise 12 V) zurück.
- da die Schalteinheit der Endstufe während der Brenndauer nicht aktiviert wurde, fließt gemäß Figur 2e kein Freilaufstrom IF.
Das vom Steuergerät vorgegebene zweite Steuersignal (die Steuerspannung Ust) geht gemäß Figur 3a beispielsweise bereits nach 2 ms - also vor Ablauf der maximal möglichen Brenndauer von beispielsweise 3 ms - vom "HIGH"-Pegel zum "LOW"-Pegel über und aktiviert dadurch die Schalteinheit der Endstufe, die die Primärseite der Zündspule kurzschließt:
- gemäß Figur 3b sinkt dadurch die Primärspannung UPr signifikant ab.
- die Brennspannung UBr wird gemäß Figur 3c auf einen Wert reduziert, der nicht mehr ausreicht, um den Überschlag zwischen den Zündkerzenelektroden aufrechtzuerhalten, der Brennvorgang wird beendet.
- der Brennstrom IBr geht gemäß Figur 3d unmittelbar nach Aktivierung der Schalteinheit gegen 0.
- der Freilaufstrom IF durch die Schalteinheit (Figur 3e) fließt so lange, bis die in der Zündspule gespeicherte Energie dissipiert wurde; dabei muß umso mehr Energie vernichtet werden, je kürzer die vorgegebene Brenndauer ist. Der Betrag des Freilaufstroms IF hängt demzufolge vom Zeitpunkt der Aktivierung der Schalteinheit ab; sein Maximalwert kann so groß wie der Primärstrom IPr sein, mit dem die Zündspule geladen wurde (tBr = 0). Mit zunehmender Brenndauer nimmt der Freilaufstrom IF ab, da bereits ein Teil der gespeicherten Energie in der Zündkerze umgesetzt wurde.
Die Schalteinheit enthält neben dem NPN-Schalttransistor T2 den Ansteuertransistor bzw. Treibertransistor T3, die Widerstände R1 bis R3 und die Dioden D1 und D2. Der Widerstand R1 dient zur Vorspannung des NPN-Schalttransistors T2, der Widerstand R2 als Schutzmaßnahme bei Defekten und der Widerstand R3 zur Ansteuerung des Ansteuertransistors T3; die Diode D1 ist eine Schutzdiode für den NPN-Schalttransistor T2. Die Diode D2 verhindert einen ungewollten Stromfluß vom Anschluß der Betriebsspannung UB (von der Klemme 15) durch die Diode D1 zum Zündtransistor T1 zu dem Zeitpunkt, zu dem durch das Einschalten des Zündtransistors T1 die Primärseite der Zündspule geladen werden soll; weiterhin werden dadurch vom Emitter des NPN-Schalttransistors T2 positive Spannungsspitzen auf der Leitung für die Betriebsspannung UB ferngehalten. Der NPN-Schalttransistor T2 ist beispielsweise als Darlington-Transistor ausgebildet, dessen Emitteranschluß über die Diode D2 an die Betriebsspannung UB angeschlossen ist (Klemme 15) und dessen Kollektoranschlüsse, die den Ausgang der Schalteinheit bilden, mit dem Primäranschluß der Zündspule (der Klemme 1) verbunden sind. Der Basisanschluß des NPN-Schalttransistors T2 ist mit dem Kollektoranschluß des Ansteuertransistors T3 verbunden, dessen Emitteranschluß an Bezugspotential angeschlossen ist. Am Basisanschluß des Ansteuertransistors T3 ist der Widerstand R3 und an der Betriebsspannung UB der Widerstand R2 angeschlossen, wobei die zweiten Anschlüsse der Widerstände R2 und R3 den Steuereingang Est der Schalteinheit bilden, an dem die Steuerspannung Ust (das zweite Steuersignal) des Steuergeräts anliegt.
Da im Kraftfahrzeug üblicherweise nur eine einzige Betriebsspannung UB (beispielsweise 12 V) vorhanden ist, und sich eine Ansteuerung des NPN-Schalttransistors T2 dadurch problematisch gestaltet, wird die auf der Primärseite der Zündspule während der Brenndauer tBr (vgl. Figur 2b/Figur 3b) durch Induktionsvorgänge verursachte Spannungserhöhung ΔU am Primäranschluß der Zündspule (der Klemme 1) gegenüber der Betriebsspannung UB (der Klemme 15) zur Ansteuerung des NPN-Schalttransistors T2 ausgenützt. Durch die Spannungserhöhung ΔU und den Widerstand R1 wird der Basisstrom für den NPN-Schalttransistor T2 und durch dessen Stromverstärkungsfaktor der Kollektorstrom bzw. Freilaufstrom IF festgelegt.
Während der gewünschten Brenndauer tBr ist das zweite Steuersignal (die Steuerspannung Ust) am Steuereingang Est der Schalteinheit auf HIGH-Potential - der Ansteuertransistor T3 wird durchgesteuert und sperrt dadurch den NPN-Schalttransistor T2; die Schalteinheit ist folglich inaktiv. Wenn die vorgegebene Brenndauer erreicht ist, wird der Steuereingang Est der Schalteinheit aktiv gegen Masse geschaltet - die Steuerspannung Ust geht auf LOW-Potential - und der Ansteuertransistor T3 sperrt; die am Primäranschluß der Zündspule (an der Klemme 1) während der Brenndauer tBr anstehende Spannungsüberhöhung ΔU gegenüber der Betriebsspannung UB (der Klemme 15) steuert über den Widerstand R1 den NPN-Schalttransistor T2 durch, so daß die Primärseite der Zündspule kurzgeschlossen, der Brennvorgang abgebrochen, und die in der Zündspule gespeicherte Energie vom Freilaufstrom IF vernichtet wird. Die gewünschte Brenndauer tBr kann dabei vom Steuergerät beliebig vorgegeben werden und kann sich von der Zeitdauer tBr = 0 (keine Zündung) bis zur maximal möglichen Brenndauer erstrecken.
Außerdem können in der Schalteinheit Schutzmaßnahmen bzw. Schutz-Bauelemente für Kfz-übliche Störspannungen vorgesehen werden.
Claims (3)
- Elektronisches Zündsystem für Brennkraftmaschinen, bestehend aus:a) einer Zündspule mit Primärwicklung und Sekundärwicklung,b) einer Steuereinheit zum Erzeugen eines ersten Steuersignals (UZ) zur Vorgabe der Einschaltzeitpunkte für den Primärstrom in der Zündspule und der den zündzeitpunkten der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechenden Ausschaltzeitpunkte für den Primärstrom in der Zündspule sowie zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals (USt) zur Verkürzung der Brenndauer (tBr) der Zündkerzen,c) einer Endstufec1) mit einem Zündschaltgerät mit einem zur Primärwicklung der Zündspule in Reihe geschalteten Zündtransistor (T1) zum Ein und Ausschalten des Primärstromes in der Zündspule in Abhängigkeit vom ersten Steuersignal (UZ),c2) und mit einer Schalteinhelt mit einem Schalter (T2), der parallel zur Primärwicklung der Zündspule liegt und der die Brenndauer der Zündkerzen in Abhängigkeit vom zweiten Steuersignal (USt) durch Kurzschließen der Primärwicklung der Zündspule verkürzt,der Schalter (T2) der Schalteinheit als bipolarer NPN-Schalttransistor mit mindestens einem Kollektoranschluß ausgebildet ist, dessen Basisanschluß über einen ersten Widerstand (R1) mit dem Verbindungspunkt von Primärwicklung der Zündspule und Zündtransistor (T1) der Endstufe verbunden ist, und der durch die während der Brenndauer (tBr) der Zündkerzen auf der Primärseite der Zündspule auftretende Spannungsüberhöhung (ΔU) angesteuert wird,die Steuereinheit als Steuergerät ausgebildet ist, und als zweites Steuersignal (USt) eine Steuerspannung während einer vom Steuergerät vorgegebenen Dauer erzeugt, unddie Brenndauer (tBr) der Zündkerzen entsprechend der für die Steuerspannung (USt) vorgegebenen Dauer mit beliebigen Werten bis hin zur maximal möglichen Brenndauer variabel einstellbar ist, indem der NPN-Schalttransistor (T2) der Schalteinheit die Primärwicklung der Zündspule außerhalb der vom Steuergerät für die Steuerspannung (USt) vorgegebenen Dauer kurzschließt.
- Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisanschluß des NPN-Schalttransistors (T2) der Schalteinheit mit dem Kollektoranschluß eines Ansteuertransistors (T3) der Schalteinheit verbunden ist, und daß der Basisanschluß des Ansteuertransistors (T3) der Schalteinheit über einen Steuereingang (ESt) der Schalteinheit mit dem Steuerausgang des Steuergeräts verbunden ist.
- Zündsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Steuerausgang des Steuergeräts an den Steuereingang (ESt) der Schalteinheit abgegebene Steuerspannung (USt) dem Basisanschluß des Ansteuertransistors (T3) der Schalteinheit über einen zweiten Widerstand (R3) zugeführt wird, daß der Steuereingang (ESt) der Schalteinheit über einen dritten Widerstand (R2) mit der Betriebsspannung (UB) verbunden ist, und daß der Emitteranschluß des NPN-Schalttransistors (T2) der Schalteinheit über eine Diode (D2) mit der Betriebsspannung (UB) verbunden ist.
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