DE2510000C3 - Elektronisches Zündsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Zündsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Zündspule zur Erzeugung einer hohen Ausgangsspannung, mit einer mit der Zündspule verbundenen Zündschaltungseinrichtung, mit einem Zündsteuergenerator, welcher derart betätigbar ist, daß er eine Ausgangsspannung liefert, welche sich in ihrer Amplitude von einer positiven auf eine negative Spannung ändert, wobei der Zündsteuergenerator mit seinen beiden Ausgangsklemmen mit der Zündschaltungseinrichtung verbunden ist, die einen ersten Transistor aufweist, dessen Basis mit der ersten Ausgangsklemme des Zündsteuergenerators und dessen

■»ο Emitter mit einem festen Bezugspotential verbunden ist, wobei weiterhin eine Vorspannungssinrichtung mit dem ersten Transistor in Verbindung steht und in der Weise mit der Charakteristik des ersten Transistors zusammenwirkt, daß die Schaltspannung an der Basis des ersten Transistors für eine vorgegebene Stromdichte derart festgelegt wird, daß der erste Transistor in den leitenden Zustand versetzt wird, wenn an der Basis die Schaltspannung durch den Zündsteuergenerator angelegt wird, um ein Ausgangssignal am Koüektor des

ersten Transistors zu erzeugen, um die Zündschaltungseinrichtung zu betätigen, und wobei die Vorspannungseinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur in dem ersten Transistor eine erste vorgegebene Stromdichte aufbaut, wenn die Ausgangsspannung des Zündsteuergenerators gleich Null ist

Ein derartiges elektronisches Zündsystem ist aus »Electronic Circuits Manual«, 1971, New York, Seite 71, bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung wird die mit dem ersten Transistor verbundene Vorspannungseinrichtung dazu verwendet, die am Eingang des ersten Transistors liegende Schaltsparrung abhängig von der Temperatur zu ändern, um den Betrieb des ersten Transistors von Temperaturschwankungen unabhängig werden zu lassen. Diesem bekannten Zündsystem ist

b^r> jedoch der Nachteil eigen, daß der Zündzeitpunkt nur mit verhältnismäßig geringer Genauigkeit eingehalten wird, da die Toleranzen der verschiedenen Bauelemente des Zündsystems die Genauigkeit beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Zündsystem der eingangs näher genannten Art zu schaffen, mit welchem der Zündzeitpunkt mit besonders hoher Genauigkeit einstellbar ist und diese Genauigkeit auch über längere Betriebszeiten zuverlässig beibehalten wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Vorspannungseinrichtung einen zweiten Transistor umfaßt, welcher eine ähnliche Betriebscharakteristik wie der erste Transistor aufweist, und dessen Basis und Kollektor unmittelbar miteinander verbunden sind, wodurch der zweite Transistor praktisch als eine Diode arbeitet, wobei der Kollektor des zweiten Transistors mit der zweiten Ausgangsklemme des Zündsteuergenerators und der Emitter mit dem festen Bezugspotential verbunden ist, daß die Zündschaltungseinrichtung im wesentlichen den Nulldurchgangspunkt der Ausgangsspannung des Zündsteuergenerators abtastet daß der zweite Transistor in den leitenden Zustand vorgespannt ist, wobei darin eine vorgegebene Stromdichte erzeugt wird, welche im wesentlichen gleich der vorgegebenen Stromdichte des ersten Transistors ist, wenn die Ausgangsspannung an der ersten Ausgangsklemme des Zündsteuergenerators gleich Null ist, um die zweite Ausgangsklemme des Zündsteuergenerators auf einem Spannungspegel zu halten, welcher im wesentlichen derselbe ist wie die Schaltspannung, welche an der Basis des ersten Transistors benötigt wird, und um den ersten Transistor in einem teilweise leitenden Zustand zu halten, wenn die Ausgangsspannung des Zündsteuergenerators an seiner ersten Ausgangsklemme gleich Null ist, daß die Schaltspannung an der Basis des ersten Transistors, welche sich mit der Temperatur oder bei Versorgungsspannungsschwankungen ändert, und der Spannungspegel an der zweiten Ausgangsklemme des Zündsteuergenerators damit in Übereinstimmung gehalten werden, daß die Schaltspannung des ersten Transistors im wesentlichen dem Nulldurchgangspunkt der Spannung an der ersten Ausgangsklemme des Zündsteuergenerators entspricht, wenn diese von negativen zu positiven Werten wechselt, um den Betrieb des ersten Transistors zu gewährleisten, wenn der Zündsteuergenerator den Nulidurchgangspunkt seiner Ausgangsspannung erreicht, daß die Schaltspannung im wesentlichen dem Nulldurchgangspunkt der Spannung an der ersten Ausgangsklemme des Zündsteuergenerators entspricht, wenn diese von positiven zu negativen Werten wechseit, um zu gewährleisten, daß der erste Transistor abgeschaltet wird, wenn der Zündsteuergenerator den Nulldurchgangspunkt seiner Ausgangsspannung erreicht und daß der zweite Transistor eine niedrigere dynamische Impedanz aufweist als eine herkömmliche Diode, um eine niedrige Impedanz an der Basis des ersten Transistors aufrechtzuerhalten.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß auch bei stärkeren Temperaturschwankungen und beim Auftreten von Vibrationen eine zuverlässige Einhaltung des exakten Zündzeitpunktes gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild des temperaturgesteuerten Teils des Zündsystems gemäß der Erfindung und

F i g. 2 ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Zündsystems gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung sind gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Bauteile zu bezeichnen. F i g. 1 stellt ein einfaches Schaltschema des temperaturgesteuerten Teils 10 des erfindungsgemäßen Zündsystems dar. Gemäß F i g. 1 liefert der Transistor 11 eine Ausgangsspannung an seinem Kollektor 12, welche gemäß den nachfolgenden Erläuterungen die Arbeitsweise der übrigen Zündschaltung steuert, um eine hohe Spannung in der Spule 60 zu erzeugen und einen daraus resultierenden Funken an einer Zündkerze, weiche an

to die Klemme 14 (siehe Fig.2) der Zündschaltung angeschlossen ist

Ein magnetischer Generator 16, welcher in dem (nicht dargestellten) Verteiler des Zündsystems angeordnet ist und in der F i g. 1 als Wechselspannungsgenerator dargestellt ist ist an die Basis 18 des Transistors 11 angeschlossen, und zwar an einer Klemme 20. Der magnetische Generator liefert eine Spannung, die von einer bestimmten positiven Amplitude sich auf eine bestimmmte negative Amplitude ändert Was den Transistor 11 betrifft so ist dieser auch mit seinem Kollektor 12 über einen Widerstand 22 mit einer Gleichspannungsversorguiigsquelle 24 verbunden. Die Energieversorgung kann die Form einer Batterie aufweisen, könnte auch die Form einer Wechselspannungsquelle haben, deren Ausgangssignal gleichgerichtet und gefiltert wird, usw, wobei die Anordnung in einem Kraftfahrzeug untergebracht sein kann. Der Widerstand 22 in Verbindung mit dem speziellen Transistor 11 ist derart gewählt, daß der Transistor 11 an dem Nulldurchgangspunkt des Generators im Idealfall teilweise durchlässig ist und stärker durchlässig wird, wenn eine positiv verlaufende Spannung an die Basis 18 des Transistors U angelegt wird. In der Praxis sind etwa 0,5 V an der Basis erforderlich, um einzuschalten. Somit wird dann, wenn die durch den magnetischen Generator 16 gelieferte Spannung von einem negativen Wert zu einem positiven Wert durch Null geht, der Transistor 11 eingeschaltet und wenn die Spannung, welche durch den magnetischen Generator 16 geliefert wird, von einem positiven Wert zu einem negativen Wert durch Null hindurchgeht, wird der Transistor 11 abgeschaltet.

Eine Temperaturveränderung des Transistors 11 verursacht eine Veränderung bzw. Verschiebung des

•C5 Arbeitspunktes des Transistors. Somit kann das Einschalten des Transistors Änderungen unterworfen sein und kann bei aufeinanderfolgenden Betriebsfällen nicht immer im selben Zeitpunkt erfolgen. Dies bedeutet, daß dann, wenn 0,5 V an der Basis des Transistors liegen, eine Zeitveränderung des an den Zündkerzen der Zündschaltung erzeugten Funkens hervorgerufen werden kann. Um dies zu kompensieren, ist ein Transistor 30 von demselben Typ wie der Transistor 11, d.h. ein Transistor, der aus demselben Material usw. hergestellt ist, in einer Diodenkonfiguration geschaltet (siehe Fig. 1) und ist zwischen der Klemme 28 des magnetischen Generators und dem Erdpotential 32 angeordnet. Die Basis und der Kollektor des Transistors 30 sind miteinander verbun-M) den und an einen Verbindungspunkt 34 angeschlossen, der seinerseits mit der Klemme 28 des magnetischen Generators verbunden ist. Der Emitter ist an das Erdpotential 32 gelegt.

Per Temperaturkompensationstransistor 30 ist auch fc'i mit seiner Basis-Kollektor-Elektrode über einen Widerstand 36 mit der Gleichspannungsversorgungsquelle 24 verbunden. Der Widerstand 36 ist derart gewählt, daß ein bestimmter Strom von einer Energieversorgungs-

quelle geliefert wird, um den Transistor 30 zu allen Zeiten vorzuspannen. Dadurch wird wiederum eine bestimmte Spannung geliefert, die hier auch 0,5 V beträgt, und zwar an dem Verbindungspunkt 34, und somit wird diese Spannung auch an die Klemme 28 des magnetischen Generators 16 geliefert.

Wenn die Stromdichte des Transistors 30 dieselbe ist wie durchschnittliche Stromdichte des gesteuerten Transistors 11, sind alle Vorspannungen ordnungsgemäß gewählt, um eine Ausgangsspannung bei 38 zu to erzeugen, und zwar im wesentlichen zu der Zeit des Nulldurchgangs des magnetischen Generators. Die geeignete Stromdichte kann erreicht werden durch die entsprechende Kombination aus dem Widerstand 36, dem Basis-Emitter-Strecken-Bereich des Transistors 30, dem Widerstand 22 und dem Basis-Emitter-Strecken-Bereich des Transistors 11. Demgemäß ist im Zeitpunkt des Nulldurchganges die Vorspannung auf den Transistoren 11 und 30 derart, daß vorzugsweise der Ausgang bei 38 auf dem Mittelpunkt zwischen Erde und ß+ liegt, d. h^beim Nulldurchgangszeitpunkt ist der Transistor 11 bereits halb eingeschaltet und der Transistor ist hoch empfindlich für eine Veränderung des Generatorausgangssignals, wobei eine kleine Veränderung im Generatorausgangssignal an der Klemme 20 eine große Änderung im Ausgang am Kollektoranschluß 38 erzeugt.

Die spezielle Art, in welcher der Transistor 30 in der Schaltung angeordnet ist, ist wesentlich zum Erreichen der Nulldurchgangs-Temperatursteuercharakteristik und zur Erreichung einer niedrigeren dynamischen Impedanz an Erde, welche die Reihenimpedanz zur Basis des gesteuerten Transistors 11 vermindert. Dieses Merkmal verbessert die Rauschunempfindlichkeit. Es sei darauf hingewiesen, daß die niedrigere dynamische Impedanz, die verbesserte Rauschunempfindlichkeit, der Temperaturgang und die Unempfindlichkeit gegen Energieversorgungsspannungsschwankungen mit einer herkömmlichen Halbleiterdiode aus einem ähnlichen Material wie beim Transistor 11 nicht erreicht würde, wenn eine solche Diode anstatt des in einer Diodenschaltung verwendeten Transistors 30 eingesetzt würde.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Zündschaltung gemäß F i g. 2 ist dtr Temperaturkompensationsteil 10 der F i g. 1 einschließlich des gesteuerten Transistors 11 und des Temperaturkompensationstransistors 30 innerhalb des gestrichelten Kastens dargestellt Der Widerstand 40 dient dazu, die Aufgabe des Widerstandes 36 zu übernehmen, und der Widerstand 44 mit anderen Lasten (55 bildet eine gewisse Last) übt die Funktion des Widerstandes 22 aus. Die Dioden 46 und 49 dienen dazu, dafür zu sorgen, daß die Strombelastung beim Generator 16 für positive und negative Spannungen vom Generator etwa gleich ist Während großer positiver Amplituden der Generatorspannung fließt ein Strom durch die Diode 46 und durch den Transistor 11. Während großer negativer Amplituden der Generatorspannung fließt ein Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Diode 49 und den Transistor 30.

Da die Transistorzündschaltung in der Praxis eine Vielfalt von Ausführungsformen aufweisen kann, wird eine detaillierte Beschreibung aller Bauelemente der bevorzugten Ausführungsform der Zündschaltung hier nicht diskutiert Wenn im Betrieb der bevorzugten Ausführungsform der Zündschaltung der magnetische Generator 16 eine bestimmte positiv verlaufende Spannung liefert, wird der Transistor 11 in den leitenden Zustand vorgespannt An seinem Ausgang 38 wird eine Ausgangsspannung geliefert, die ihrerseits den Transistor 48 sperrt. Das Abschalten des Transistors 48 fühl 1 dazu, daß der Transistor 51 eingeschaltet wird, und die in einer Darlington-Schaltung angeordneten Transistoren 50 und 52 werden mit dem damit gekoppeltein Transistor 54 abgeschaltet. Wenn dieser letztgenannte Transistor abgeschaltet wird, wird ein Spannungsübergang in der Zündspule 60 des Systems erzeugt, um am der Elektrode 14 einen Funken zu erzeugen, an welche eine (nicht dargestellte) Zündkerze angeschlossen ist.

Ein Kondensator 58 koppelt die Basis des Transistors 48 bei A mit dem Kollektor des Transistors 56 bei B Wenn der Transistor 11 abgeschaltet ist, ist dei Transistor 48 über den Widerstand 55 mit dei Vorspannung 24 in den durchlässigen Zustand vorgespannt. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 4ΐ klemmt die Spannung an der /4-Seite des Kondensators 58 fest Die ß-Seite des Kondensators 58 steigt in ihrei Spannung an, wenn der Kondensator über der Widerstand 44 aufgeladen wird, so daß eine tatsächliche positive Ladung auf der ß-Seite des Kondensators 5t erzeugt wird. Wenn der Transistor 11 eingeschaltet wird, wird der Punkt B tiefgelegt, und zwar ebenso wie der Punkt A, da sich die Spannung am Kondensator SE nicht augenblicklich ändern kann. Dadurch wird dei Transistor 48 abgeschaltet, wodurch dessen Kollektorspannung dazu veranlaßt wird anzusteigen, wodurcll· wiederum der Transistor 56 eingeschaltet wird. Nun sine sowohl der Transistor 56 als auch der Transistor !Il eingeschaltet. Die Spannung bei A steigt über dk Vorspannung 24 an, wenn der Kondensator 58 über deir Widerstand 55 geladen wird, und zwar mit einer Rate welche durch die ÄC-Zeitkonstante der Schaltung festgelegt ist, bis die Spannung bei A einen Punk erreicht, an welchem der Transistor 48 eingeschalte und der Transistor 56 abgeschaltet wird. Der Transistoi 11 bleibt eingeschaltet, bis das Ausgangssignal de; Generators 16 negativ wird, wodurch der Punk bestimmt wird, an welchem die ß-Seite des Kondensa tors 58 sich über R 44 aufzuladen beginnt und folgüd die Menge der tatsächlichen positiven Ladung, welche der Kondensator 58 erreicht, und zwar zu derjeniger Zeit, zu welcher 7" 11 wieder eingeschaltet wird. Diese tatsächliche positive Ladung bestimmt den negativer Pegel, auf welchen die Basis von 48 gebracht wird, wenr 7*11 eingeschaltet wird, und folglich die Dauer der Zein über welche 7*48 abgeschaltet bleibt, während dei Kondensator 58 über R 55 geladen wird, bis Γ48 wiedei eingeschaltet wird. Während der letztgenannten Aufla deperiode des Kondensators 58, welche derjeniger Periode entspricht, während welcher die Entladung dei Zündspule auftritt, ist der Transistor 56 eingeschalte' und hält den Transistor 48 in einem ausgeschalteter Zustand, für den Fall, daß der Transistor 11 vorzeitij abgeschaltet werden sollte, und zwar beispielsweist aufgrund einer negativen Rauschspannungsspitze, we! ehe an die Basis des Transistors 11 geführt wird Somi gewährleistet der Transistor 56, daß die volle Dauer de: Funkens der Zündkerze an der Elektrode 14 zugeführ wird, und zwar im Hinblick auf eine gute Verbrennunj des Kraftstoffes in der Brennkraftmaschine, in welchei die Zündkerze verwendet wird. Das Ergebnis ist eine konstante prozentuale Verweilzeit des Ausgangssignal! bei der Betriebsdrehzahl, d. h, die Kollektorspannunj des Transistors 48 liegt während einer vorgegeben« prozentualen Zeit des gesamten Zyklus hoch.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, kompensiert de in einer Diodenschaltung angeordnete Transistor 30

welcher elektrisch zwischen dem Erdpotential und der Klemme 28 des Generators 16 angeordnet ist, Temperaturveiänderungen im Transistor 11. Der Tiansistor 30 hält die Klemme 28 des Generators 16 auf einem Bezugspotential, welches im wesentlichen gleich demjenigen ist, welches erforderlich ist, den Transistor 11 trotz Temperaturveränderungen, welche den Betriebspunkt bzw. Arbeitspunkt des Transistors Il verändern, zu schalten. Somit wird der Zeitpunkt des Umschaltens des Transistors 11 auf dem Nullspannungsdurchgangspunkt der Ausgangsspannung gehalten,

welche vom Generator 16 geliefert wird.

Der in einer Diodenanordnung geschaltete Transistor 30 hat im Gegensatz zu einer herkömmlichen Halbleiterdiode eine thermische Wärmeleitcharakteristik, welche der thermischen Charakteristik des gesteuerten Transistors 11 besser angepaßt ist, und Hefen eine verbesserte Unempfindlichkeit gegen Energieversorgungsspannungsschwankungen. Weiterhin ist wegen der verminderten dynamischen Impedanz des Transistors 30 die Rauschunempfindlichkeit des Transistors 11 ebenfalls verbessert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 Patentansprüche:

1. Elektronisches Zündsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Zündspule zur Erzeugung einer hohen Ausgangsspannung, mit einer mit der Zündspule verbundenen Zündschaltungseinrichtung, mit einem Zündsleuergenerator, welcher derart betätigbar ist, daß er eine Ausgangsspannung liefert, weiche sich in ihrer Amplitude von einer positiven auf eine negative Spannung ändert, wobei der Zündsteuergenerator mit seinen beiden Ausgangsklemmen mit der Zündschaltungseinrichtung verbunden ist, die einen ersten Transistor aufweist, dessen Basis mit der ersten Ausgangsklemme des Zündsteuergenerators und dessen Emitter mit einem festen Bezugspotential verbunden ist, wobei weiterhin eine Vorspannungseinrichtung mit dem ersten Transistor in Verbindung steht und in der Weise mit der Charakteristik des ersten Transistors zusammenwirkt, daß die Schaltspannung an der Basis des ersten Transistors für eine vorgegebene Stromdichte derart festgelegt wird, daß der erste Transistor in den leitenden Zustand versetzt wird, wenn an der Basis die Schaltspannung durch den Zündsteuergenerator angelegt wird, um ein Ausgangssignal am Kollektor des ersten Transistors zu erzeugen, um die Zündschaltungseinrichtung zu betätigen, und wobei die Vorspannungseinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur in dem ersten Transistor eine erste vorgegebene Stromdichte aufbaut, wenn die Ausgangsspannung des Zündsteuergenerators gleich Null ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung einen zweiten Transistor (30) umfaßt, welcher eine ähnliche Betriebscharakteristik wie der erste Transistor (ti) aufweist, und dessen Basis und Kollektor unmittelbar miteinander verbunden sind, wodurch der zweite Transistor (30) praktisch als eine Diode arbeitet, wobei der Kollektor des zweiten Transistors (30) mit der zweiten Ausgangsklemme (28) des Zündsteuergenerators (16) und der Emitter mit dem festen Bezugspotential verbunden ist, daß die Zündschaltungseinrichtung im wesentlichen den Nulldurchgangspunkt der Ausgangsspannung des Zündsteuergenerators (16) abtastet, daß der zweite Transistor (30) in den leitenden Zustand vorgespannt ist, wobei darin eine vorgegebene Stromdichte erzeugt wird, welche im wesentlichen gleich der vorgegebenen Stromdichte des ersten Transistors (11) ist, wenn die Ausgangsspannung an der ersten Ausgangsklemme (20) des Zündsteuergenerators (16) gleich Null ist, um die zweite Ausgangsklemme (28) des Zündsteuergenerators (16) auf einem Spannungspegel zu halten, welcher im wesentlichen derselbe ist wie die Schaltspannung, welche an der Basis des ersten Transistors (11) benötigt wird, und um den ersten Transistor (11) in einem teilweise leitenden Zustand zu halten, wenn die Ausgangsspannung des Zündsteuergenerators (16) an seiner ersten Ausgangsklemme (20) gleich Null ist, daß die Schaltspannung an der Basis des ersten Transistors (11), welche sich mit der Temperatur oder bei Versorgungsspannungsschwankungen ändert, und der Spannungspegel an der zweiten Ausgangsklemme (28) des Zündsteuergenerators (16) damit in Übereinstimmung gehalten werden, daß die Schaltspannung des ersten Transistors (11) im wesentlichen dem Nuüdurchgangspunkt der Spannung an der ersten Ausgangsklemme (20) des Zündsteuergenerators (16) entspricht, wenn diese von negativen zu positiven Werten wechselt, urn den Betrieb des ersten Transistors (11) zu gewährleisten, wenn der Zündsteuergenerator (16) den Nulldurchgangspunkt seiner Ausgangsspannung erreicht, daß die Schaltspannung im wesentlichen dem Nulldurchgangspunkt der Spannung an der ersten Ausgangsklemme (20) des Zündsteuergenerators (16) entspricht, wenn

diese von positiven zu negativen Werten wechselt, um zu gewährleisten, daß der erste Transistor (11) abgeschaltet wird, wenn der Zündsteuergenerator (16) den Nulldurchgangspunkt seiner Ausgangsspannung erreicht und daß der zweite Transistor (30) eine niedrigere dynamische Impedanz aufweist als eine herkömmliche Diode, um eine niedrige Impedanz an der Basis des ersten Transistors (11) aufrechtzuerhalten.
Z Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des ersten und zweiten Transistors (11 bzw. 30) direkt mit dem festen Bezugspotential verbunden ist und daß das feste Bezugspotential das Erdpotential ist