EP0561808B1 - Zündanlage für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0561808B1
EP0561808B1 EP91919780A EP91919780A EP0561808B1 EP 0561808 B1 EP0561808 B1 EP 0561808B1 EP 91919780 A EP91919780 A EP 91919780A EP 91919780 A EP91919780 A EP 91919780A EP 0561808 B1 EP0561808 B1 EP 0561808B1
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Ulrich Bentel
Klaus Heyke
Ulrich Nelle
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/055—Layout of circuits with protective means to prevent damage to the circuit, e.g. semiconductor devices or the ignition coil
    • F02P3/0552—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P11/00—Safety means for electric spark ignition, not otherwise provided for
    • F02P11/06—Indicating unsafe conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for ignition systems as is already known from DE-OS 27 59 155.
  • the operating voltage of an integrator device transformed on the primary side is provided to smooth the voltage.
  • This smoothed voltage is then fed to a transistor via a Zener diode and a resistor, so that the spark duration can be detected.
  • An ignition system is also known from US Pat. No. 4,918,389 or the corresponding EP-A 0 344 349, in which the ignition system is monitored by monitoring the spark duration on the primary side.
  • this method has the disadvantage that it does not provide exact information about the course of the combustion, in order to draw conclusions about the function of the ignition and / or injection system. Malfunctions cannot therefore be detected with certainty, which can lead to an increased pollutant exchange and a risk to the catalytic converter.
  • the solution according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the known that a current is generated which is proportional to the operating voltage, which is monitored by a measuring element, and whereby precise information about the course of combustion is obtained.
  • Another advantage is the decoupling of the voltage signal and the coupling of the control signal for the ignition transistor via a signal line.
  • FIG. 1 shows the basic circuit for detecting the burning voltage
  • FIG. 2 shows the basic circuit in a modified form.
  • the basic circuit shown in FIG. 1 for detecting the operating voltage shows an ignition coil 1 consisting of a primary winding 2 and a secondary winding 3, which is connected to a spark plug 4 for the transmission of the high voltage.
  • the primary winding 2 is connected on the one hand via a supply line 5 to a battery voltage U B and on the other hand via a supply line 6 and via an ignition transistor 7 to ground potential.
  • the lead 5 is connected to the base of a pnp transistor 8, while this is connected to the lead 6 on the emitter side via a resistor 9 serving as an emitter follower.
  • the pnp transistor 8 is assigned a resistor 10, which on the other hand is connected to ground potential. The voltage drop across this resistor is detected between terminal 11 and ground potential.
  • the current flow in the primary winding 2 of the ignition coil 1 is switched on via the ignition transistor 7, that is to say energy can be stored in the primary winding 2 when the ignition transistor is activated at the base. If the control of this control transistor 7 is now interrupted, a high voltage is induced in the secondary winding 3, which is then passed on to the spark plug 4. If the explosion course is correct, the ignition spark burns out with a typical voltage curve, this burning voltage (U BRENN ) in turn being transformed into the primary winding 2 of the ignition coil 1.
  • the collector current Ic is consequently approximately proportional to the quotient of the operating voltage (U BRENN ) minus the base-emitter voltage (U BE ) of the transistor 8 and the resistance value of the resistor 9 designed as an emitter sequence. However, since this resistor 9 has a constant value and (U BE ) is negligibly low, the collector current Ic is approximately proportional to the operating voltage U BRENN . This current Ic flows from the collector of transistor 8 via resistor 10 to ground potential, it being converted at resistor 10 into an easily evaluable voltage signal which is tapped between terminal 11 and ground potential.
  • This voltage signal can now be fed via terminal 11 to evaluation electronics which, for example, monitors the function of the ignition system by comparing the detected voltage signal with a stored signal curve and initiates appropriate protective measures if errors are detected. In order to avoid that temperature influences falsify the measurement result, it is expedient if the resistors 9 and 10 have the same temperature coefficient.
  • FIG. 2 shows the basic circuit described in a slightly modified form, but the principle of detection of the voltage signal and the components used for this are the same. This becomes clear through the use of the same reference symbols for the same components.
  • a diode 12 is connected in this figure between the base of the transistor 8 and the battery voltage U B , which ensures that the base-emitter path of the ignition transistor 8 does not break down when the battery voltage is high and the transistor 7 is switched on.
  • a resistor 13 with a downstream Zener diode 14 between lead 6 and the base of a transistor 15 and a further resistor 16 are provided.
  • the pnp transistor 15 is connected on the emitter side to ground potential and on the collector side to the base of the ignition transistor 7.
  • the further resistor 16 is between the terminal 11 and the base of the ignition transistor 7. These components ensure that this transistor does not break down prematurely if the collector voltage at the ignition transistor 7 is high. That is, by using the Zener diode 14, voltages above a certain potential on the connecting line 6 are passed through the resistor 13 and the Zener diode 14 to the base of the transistor 15 and thus control this transistor 15 so that the base of the transistor 7 is on Ground potential is drawn.
  • This Figure 2 is arranged so that the control signal connection of the ignition transistor 7 can be used to output the voltage signal, which represents the operating voltage. For this purpose, however, the resistor 10 must be dimensioned accordingly in order to avoid that the transistor 7 breaks prematurely.

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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, die in Zündanlagen für Brennkraftmaschinen zur Erfassung der auf die Primärseite einer Zündspule transformierten Brennspannung an der Zündkerze dient. Die Schaltungsanordnung umfaßt einen Spannungswandler (8), dessen Steuerstrecke von der auf die Primärseite (2) transformierten Brennspannung derart angesteuert wird, daß ein Strom erzeugt wird, der einem Meßglied zugeführt werden kann und proportional der Brennspannung ist.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung für Zündanlagen wie sie bereits aus der DE-OS 27 59 155 bekannt ist. Hier wird zur Erfassung der Funkendauer die auf die Primärseite transformierte Brennspannung einer Integratoreinrichtung vorgesehen, um die Spannung zu glätten. Anschließend wird diese geglättete Spannung über eine Zenerdiode und einen Widerstand einem Transistor zugeführt, so daß die Funkendauer erfaßt werden kann.
  • Es ist weiterhin eine Zündanlage aus der US-PS 4 918 389 beziehungsweise der entsprechenden EP-A 0 344 349 bekannt, bei der die Überwachung der Zündanlage anhand einer primärseitigen Überwachung der Funkendauer erfolgt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es keine exakten Informationen über den Verbrennungsverlauf liefert, um so Rückschlüsse über die Funktion der Zünd- und/oder Einspritzanlage zu ziehen. Fehlfunktionen können also nicht mit Sicherheit erkannt werden, wodurch es zu einem erhöhten Schadstoffaustausch und zu einer Gefährdung des Katalysators kommen kann.
  • Um den Forderungen der Umweltbehörden an die Abgaswerte gerecht zu werden, ist man bestrebt, Zündsteuerungen zu entwickeln, die einen möglichst minimalen Schadstoffausstoß bei Viertakt-Ottomotoren gewährleisten.
  • Eine Möglichkeit einer Zünd- und Explosionserkennung ist mittels Drucksensor oder optischem Sensor gegeben. Jedoch ist eine solche Funktionsüberwachung durch die in die Zündanlage zusätzlich eingebauten Sensoren kostenaufwendig.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Lösung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß ein Strom erzeugt wird, der proportional der Brennspannung ist, welcher über ein Meßglied überwacht wird und wodurch genaue Informationen über den Verbrennungsverlauf gewonnen werden.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß zur Vermeidung von Temperatureinflüssen die verwendeten Widerstände den gleichen Temperaturkoeffizienten haben.
  • Ein weiterer Vorteil ist die Auskopplung des Spannungssignals und-die Einkopplung des Steuersignals für den Zündtransistor über eine Signalleitung.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Grundschaltung zur Erfassung der Brennspannung und Figur 2 die Grundschaltung in abgewandelter Form.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die in Figur 1 dargestellte Grundschaltung zur Erfassung der Brennspannung zeigt eine Zündspule 1 bestehend aus einer Primärwicklung 2 und einer Sekundärwicklung 3, welche mit einer Zündkerze 4 zur Weitergabe der Hochspannung verbunden ist. Die Primärwicklung 2 ist einerseits über eine Zuleitung 5 mit einer Batteriespannung UB und andererseits über eine Zuleitung 6 und über einen Zündtransistor 7 mit Massepotential verbunden. Die Zuleitung 5 ist mit der Basis eines pnp-Transistors 8 verbunden während dieser emitterseitig über einen als Emitterfolger dienenden Widerstand 9 mit der Zuleitung 6 verbunden ist. Auf der Kollektorseite ist dem pnp-Transistor 8 ein Widerstand 10 zugeordnet, welcher andererseits an Massepotential angeschlossen ist. Die an diesem Widerstand abfallende Spannung wird zwischen Klemme 11 und Massepotential erfaßt.
  • Die eben beschriebene Schaltungsanordnung in Figur 1 hat folgende Wirkungsweise.
  • Über den Zündtransistor 7 wird der Stromfluß in der Primärwicklung 2 der Zündspule 1 eingeschaltet, das heißt, bei Ansteuerung des Zündtransistors an der Basis kann in der Primärwicklung 2 Energie gespeichert werden. Wird nun die Ansteuerung dieses Steuertransistors 7 unterbrochen, so wird in der Sekundärwicklung 3 eine Hochspannung induziert, die dann an die Zündkerze 4 weitergegeben wird. Bei ordnungsgemäßem Explosionsverlauf brennt der Zündfunke mit einem typischen Spannungsverlauf aus, wobei diese Brennspannung (UBRENN) wiederum in die Primärwicklung 2 der Zündspule 1 transformiert wird. Diese auf die Primärseite transformierte Brennspannung steuert den pnp-Transistor 8 mit dem Widerstand 9 als Emitterfolger entsprechend an, so daß dieser die Brennspannung in einen zu ihr proportionalen Kollektorstrom (Ic) umwandelt. Ic = U BRENN -U BE R9 ≈ U BRENN R9
    Figure imgb0001
  • Der Kollektorstrom Ic ist demzufolge etwa proportional dem Quotionenten aus Brennspannung (UBRENN) minus der Basis-Emitterspannung (UBE) des Transistors 8 und dem Widerstandswert, des als Emitterfolge ausgebildeten Widerstandes 9. Da dieser Widerstand 9 jedoch einen konstanten Wert hat und(UBE)vernachlässigbar gering ist, ist der Kollektorstrom Ic etwa proportional der Brennspannung UBRENN. Dieser Strom Ic fließt vom Kollektor des Transistors 8 über den Widerstand 10 zum Massepotential, wobei er am Widerstand 10 in ein leicht auswertbares Spannungssignal umgewandelt wird, das zwischen Klemme 11 und Massepotential abgegriffen wird. Dieses Spannungssignal kann nun über Klemme 11 einer Auswerteelektronik zugeführt werden, die beispielsweise über einen Vergleich des erfaßten Spannungssignals mit einem gespeicherten Signalverlauf eine Überwachung der Funktion der Zündanlage vornimmt und bei erkannten Fehlern entsprechende Schutzmaßnahmen einleitet. Um zu vermeiden, daß Temperatureinflüsse das Meßergebnis verfälschen, ist es zweckmäßig, wenn die Widerstände 9 und 10 den gleichen Temperaturkoeffizienten haben.
  • Figur 2 zeigt die beschriebene Grundschaltung in etwas abgewandelter Form, wobei jedoch das Prinzip der Erfassung des Spannungssignals und die dazu verwendeten Bauelemente dieselben sind. Dieses wird deutlich durch die Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Bauelemente. Zusätzlich ist in dieser Figur eine Diode 12 zwischen der Basis des Transistors 8 und der Batteriespannung UB geschaltet, die dafür sorgt, daß die Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors 8 bei hoher positiver Batteriespannung und durchgeschalteten Transistor 7 nicht durchbricht. Zusätzlich sind in dieser Schaltung noch ein Widerstand 13 mit nachgeschalteter Zenerdiode 14 zwischen Zuleitung 6 und der Basis eines Transistors 15 sowie ein weiterer Widerstand 16 vorgesehen. Der pnp-Transistor 15 ist dabei emitterseitig auf Massepotential und kollektorseitig auf die Basis des Zündtransistors 7 geschaltet. Der weitere Widerstand 16 liegt zwischen Klemme 11 und Basis des Zündtransistors 7. Diese Bauelemente sorgen dafür, daß bei hoher Kollektorspannung am Zündtransistor 7 dieser Transistor nicht vorzeitig durchbricht. Das heißt, durch die Verwendung der Zenerdiode 14 werden Spannungen über einem bestimmten Potential an der Verbindungsleitung 6 über den Widerstand 13 und die Zenerdiode 14 an die Basis des Transistors 15 weitergegeben und steuern somit diesen Transistor 15 leitend, so daß die Basis des Transistors 7 auf Massepotential gezogen wird. Diese Figur 2 ist so angeordnet, daß zur Ausgabe des Spannungssignals, welches die Brennspannung repräsentiert, der Steuersignalanschluß des Zündtransistors 7 verwendet werden kann. Hierzu muß jedoch der Widerstand 10 entsprechend dimensioniert werden, um zu vermeiden, daß der Transistor 7 vorzeitig durchbricht. Das heißt, es ist zu sichern, daß während der Brenndauer eines Zündfunkens der Spannungsabfall am Widerstand 10 niedriger ist als die Spannung, die zur Ansteuerung des Transistors 7 benötigt wird. Damit wird sichergestellt, daß ohne eine zusätzliche Signalleitung für die Überwachung der Brennspannung an der Klemme 11 zeitversetzt einmal mit einem von der nicht dargestellten Steuerschaltung ausgelösten Spannungssignals (US) der Zündtransistor 7 leitend geschaltet und zum anderen die Funkenbrennspannung an die an Klemme 11 anzuschließende Auswerteschaltung abgegeben werden kann.
  • Diese beschriebenen Schaltungen zur Erfassung des auf die Primärseite transformierten Spannungssignals der Brennspannung können auch monolithisch integriert werden, wodurch sie einen geringeren Platz benötigen.

Claims (3)

  1. Schaltungsanordnung für Zündanlagen zur Erfassung der auf die Primärseite einer Zündspule transformierten Brennspannung an der Zündkerze, wobei ein Zündschalter (7) in Reihe mit der Primärwicklung (2) der Zündspule (1) liegt und wobei die auf die Primärseite (2) transformierte Brennspannung (UBRENN) die Steuerstrecke eines als Spannungswandler arbeitenden pnp-Transistors (8) ansteuert, daß ein Widerstand (9) als Emitterfolger zwischen dem Emitter des pnp-Transistors (8) und der Verbindung zwischen Primärwicklung und Zündschalter angeordnet, daß der pnp-Transistor basisseitig an die Batteriespannung (UB) angeschlossen ist und daß der pnp-Transistor (8) mit seinem Kollektoranschluß einem als Widerstand ausgebildeten Meßglied (10) einen Kollektorstrom (Ic) zuführt, der proportional der Brennspannung (UBRENN) ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Emitterfolger wirkende Widerstand (9) und der als Meßglied ausgebildete Widerstand (10) denselben Temperaturkoeffizienten haben.
  3. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des Zündschalters (7) über einen Widerstand (16) mit dem Kollektor des als Spannungswandler arbeitenden Transistors (8) verbunden ist, daß über eine dort anzuschließende Signalleitung (an Klemme 11) einerseits das Steuersignal für den Zündschalter (7) einkoppelbar und andererseits das der Brennspannung proportionale Spannungssignal auskoppelbar ist.
EP91919780A 1990-12-10 1991-11-16 Zündanlage für brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0561808B1 (de)

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