DE2745294A1

DE2745294A1 - Schwellenschaltung fuer ein elektronisches zuendsystem

Info

Publication number: DE2745294A1
Application number: DE19772745294
Authority: DE
Inventors: Robert Benjamin Jarrett; Don William Zobel
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1978-04-27
Also published as: US4117819A; IT1087646B; FR2369707A1; GB1570972A; FR2369707B1; JPS5354628A; HK68480A

Description

Dipl.-Phys. O.E. Weber Patentanwalt

D-8 München 71 Hofbrunnstraße 47

Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopotweber manchen

M 605

MOTOROLA, INC. 130$ East Algonquin Road Schaumburg, 111. 60196, USA

Schwellenschaltune für ein elektronisches Zündsystem

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Die Erfindung betrifft eine Schwellenschaltung für ein elektronisches Zündsystem.

In herkömmlichen elektronischen Zündsystemen wird in der Primärwicklung einer Zündspule Energie gespeichert, um beim Entladen der Spule die erforderliche Spannung an der Sekundärwicklung zu erzeugen, welche dazu dient, einen Zündfunken für die Maschine hervorzurufen. Der Energiepegel ist eine Punktion des Stroms, welcher durch die Primärspule fließt, und der Dauer des Stroms vor derjenigen Zeit, zu welcher der Strom unterbrochen wird, um eine Entladung herbeizuführen. Es ist der Zweck eines solchen Zündsystems, eine ausreichende Energie in der Spule zu erzeugen, und zwar insbesondere bei der höchsten Maschinendrehzahl, um die erforderliche Spannung hervorzurufen, welche notwendig ist, um einen Funken mit hinreichend hoher Energie für die Maschine zu liefern. Wenn eine hohe Funkenenergie gewährleistet ist, so kann die Maschine mit verbessertem Wirkungsgrad arbeiten, wodurch die Verunreinigungsemissionen vom Fahrzeug vermindert werden.

Ein solches bekanntes Zündsystem weist eine veränderliche Schließzeit auf (Verhältnis der Stromeinschaltzeit zur Stromausschaltzeit), wenn die Drehzahl der Maschine sich ändert. Somit ist bei höheren Maschinendrehzahlen die Schließzeit größer als bei geringeren Drehzahlen, so daß eine Speicherung einer ausreichenden Energie in der Spule gewährleistet ist, um einen Zündfunken mit hoher Energie hervorzurufen. Bei geringerer Maschinendrehzahl wird die prozentuale Schließzeit vermindert, um den Energieverbrauch in der Zündschaltung auf einem Minimum zu halten.

Bei bekannten Systemen werden eine Reihe von Zündzeitsteuersignalen verwendet, welche an einer Fühlerspule in zeitlicher Abhängigkeit vom Maschinenbetrieb erzeugt werden. Beispielsweise werden für ein Kraftfahrzeug mit einer Acht-Zylinder-Maschine acht ZundzeitSteuersignale erzeugt, um einen voll-

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ständigen Zyklus der Arbeitsweise der Maschine steuern zu können. Jeder einzelne Zündzyklus weist einen negativen Halbzyklus und einen positiven Halbzyklus des Zeitsteuersignals auf. Bei einem bekannten Zündsystem werden die Zündzeitsteuersignale symmetrisch in bezug auf ein Gleichspannungs potential erzeugt. Indem die Größe des Zündsignals mit einem festen Bezugssignal verglichen wird, kann ein Auslösesignal hervorgerufen werden, wenn die Größe des Zündsignals das Bezugspotential übersteigt, so daß ein entsprechender Strom in der Zündspule eine entsprechende Ladung hervorrufen kann. Mit zunehmender Maschinengeschwindigkeit bzw. Maschinendrehzahl wird der Pegel des Gleichspannungspotentials angehoben, wodurch das Auslösesignal früher im Zündzyklus hervorgerufen wird, um die prozentuale Schließzeit zu vergrößern. Auf diese Weise kann bei geringen Maschinendrehzahlen die Schließzeit unterhalb von 10 Vo des gesamten Zündzyklus gehalten werden, während bei höheren Maschinendrehzahlen die Schließzeit auf etwa 75 Vo des Zündzyklus gesteigert werden kann. Auf diese Weise wird bei höheren Maschinendrehzahlen eine hohe Funkenenergie gewährleistet, während bei geringeren Maschinendrehzahlen nur ein minimaler Energieverbrauch ermöglicht wird.

Um das Zeitsteuersignal symmetrisch in bezug auf das Gleichspannungspotential zu erzeugen, muß die Klemme der Fühlerspule, welche derart ausgebildet ist, daß sie das Gleichspannungspotential aufnimmt, mit einer sehr niedrigen Impedanz abgeschlossen sein. Je größer die Abschlußimpedanz wird, umso stärker wird die Empfindlichkeit der Fühlerspule herabgesetzt. Durch eine entsprechende Verminderung der Empfindlichkeit der Fühlerspule kann eine Fehlzündung bei sehr geringer Maschinendrehzahl auftreten, welche natürlich unerwünscht ist. Wenn das erzeugte Zündsignal nicht symmetrisch in bezug auf das Gleichspannungspotential ist, kann darüber hinaus die Erzeugung des Stroms durch die Zündspule nicht ordnungsgemäß erfolgen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwellenschaltung der eingangs näher erläuterten Art für ein elektronisches Zündsystem einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche bei veränderlicher Schließzeit zugleich nur einen minimalen Energieverbrauch aufweist und außerdem zur Herstellung als monolithische integrierte Schaltung besonders gut geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Die erfindungsgemäße Schwellenschaltung weist eine einstellbare Spannungsversorgungsschaltung und einen Ausgangskomparatorverstärker auf. Die einstellbare Spannungsversorgungsschal tung weist einen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor Eins auf, welcher derart ausgebildet ist, daß er eine Gleichspannung an einer Eingangsklemme aufnimmt, deren Größe veränderlich ist, um zu erreichen, daß das Ausgangssignal des Verstär kers sich in entsprechender Weise ändert. Der Verstärker hat einen Eingang mit hoher Impedanz, und zwar für die Quelle der zugeführten Gleichspannung, und eine geringe Ausgangsimpedanz am Ausgang. Der Ausgangskomparatorverstärker entwickelt ein Bezugspotential mit einem Null-Temperaturkoeffizienten und ist derart ausgebildet, daß er mit einer Eingangsklemme mit einer Klemme der Fühlerspule des Zündsystems verbunden ist.

Der Ausgang des Verstärkers mit dem Verstärkungsfaktor Eins ist mit der anderen Klemme der Fühlerspule verbunden, so daß dann, wenn der Ausgangspegel von dem Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor Eins durch Einstellung des zugeführten Gleich spannung spe ge Is eingestellt wird, der durchschnittliche Wert des alternierenden Zündzeitsteuersignals, welcher an der Fühlerspule entwickelt wird, verändert wird, wodurch der Schwellenpegel der Schaltung verändert wird. Durch Veränderung des Schwellenpegels wird der Ausgangekomparator dazu gebracht, daß er während des Zündzyklus entweder früher oder später eingeschaltet wird, wodurch die Schließzeit verändert werden kann.

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Die Erfindung bedient sich der Erkenntnis, daß wesentliche Vorteile dadurch erreicht werden können, daß die Quelle des Gleichspannungspotentials mit einer hohen Impedanz abgeschlossen wird, während die Fühlerspule mit einer geringen Impedanz abgeschlossen wird.

Um eine geringe Impedanz zu erreichen, verwendet das bekannte System einen kleinen Widerstand, um die Fühlerspule abzuschließen Dadurch besteht die Möglichkeit, daß ein übermäßig starker Strom gezogen wird, wenn das Gleichspannungspotential auf einen maximalen Wert gebracht wird, wie es bei hohen Maschinendrehzahlen der Fall ist. Die hohe Impedanz gemäß der Erfindung vermindert jedoch den Strom im Zündsystem.

Darüber hinaus wird gemäß der Erfindung unter Lastabgabebedingungen, welche durch die Automobilindustrie festgelegt werden, die Stromstärke vermindert, während zugleich der Energieverbrauch im erfindungsgemäßen Zündsystem somit stark vermindert werden kann, wodurch die Zuverlässigkeit des Zündsystems gemäß der Erfindung gegenüber bekannten Systemen stark erhöht wird.

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

Fig. 1 ein teilweise schematisch und teilweise als Blockdiagramm dargestelltes elektronisches Zündsystem mit veränderbarer Schließzeit, welches eine erfindungsgemäße Schwellenschaltung aufweist,

Fig. 2 Wellenformen, welche zum Verständnis der Arbeitsweise des in der Fig. 1 dargestellten Zündytems dienlich sind, und

Fig. 3 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Schwellenschaltung.

In der Fig. 1 ist ein elektronisches Zündsystem 10 dargestellt, bei welchem die erfindungsgemäße Schwellenschaltung 12 verwendet ist. Derjenige Teil des Zündsystems 10, welcher innerhalb des gestrichelt dargestellten Kastens 14 veranschau licht ist, ist dazu geeignet, als monolyttLsche integrierte Schaltung ausgeführt zu werden. Das Zündsystem 10 arbeitet mit veränderbarer Schließzeit, wie es grundsätzlich bekannt ist. Bei einem derartigen System wird in Reaktion auf Zündzeitsteuersignale (siehe Fig. 2), welche an der Fühlerspule 16 erzeugt werden, ein Strom hervorgerufen, welcher durch die Primärwicklung der Zündspule 18 fließt. Indem die Zeit gesteuert wird, während welcher der Strom durch die Primärwicklung fließt, kann die Schließzeit verändert werden (das Verhältnis der Stromeinschaltzeit zur Stromausschaltzeit). Auf diese Weise kann der Energieverbrauch des Systems 10 auf ein Minimum gebracht werden, indem die Schließzeit der Maschine bei geringer Drehzahl vermindert wird und bei hohen Drehzahlen erhöht wird. Wenn die Schließzeit bei hohen Drehzahlen erhöht wird, kann in der Spule 18 eine ausreichende Energie erzeugt werden, um für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Maschine einen angemessenen Funken zu erzeugen.

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In der Fig. 1 wird in teilweise schematischer Darstellung und teilweise als Blockdiagramm gezeichneter Darstellung die Arbeitsweise einer solchen Schaltung mit veränderlicher Schließzeit erläutert. Ein (nicht dargestellter) magnetischer Aufnehmer ist in dem Verteiler eines Fahrzeuges angeordnet, und dieser Aufnehmer erzeugt bei dem Vorbeigehen an der Fühlerspule 16 ein in der Fig. 2 veranschaulichtes Zeitsteuersignal für die Zündung. Die Fühlerspule 16 ist zwischen den Klemmen S1 und S2 der Schwellenschaltung 12 zwischen den Verstärkern 20 und 22 angeordnet. Die Bedeutung dieser speziellen Schaltungsanordnung für die Fühlerspule 16 wird unten näher erläutert. Allgemein läßt sich feststellen (siehe Fig. 2A), daß dann, wenn das Zeitsteuersignal gemäß der Wellenform 24- größer wird als die Größe von Vrvgj, (intern im Chip 14 erzeugt), der Komparatorverstarker 22 eingeschaltet wird, wodurch wiederum der Verstärker 26 in Betrieb gesetzt wird. Wenn der Verstärker 26 eingeschaltet ist, fließt ein Strom in die Ausgangsverstärkerstufe (welche außerhalb des Chips angeordnet ist), so daß ein Strom durch die Spule 18 und den Stromfühler-Widerstand 30 fließt. Auf diese Weise wird in der Primärwicklung der Spule 18 Energie gespeichert. Wenn die Größe des Stroms vom Verstärker 2Ö zum Widerstand 30 einen vorgegebenen Wert erreicht, werden der Stromfühler und die Reglerschaltung p2 aktiviert, um den Transistor i>4 einzuschalten (welcher sich andernfalls im abgeschalteten Zustand befindet). Der Transistor 34 shuntet den Strom, so daß er nicht über den Verstärker 26 fließt, und er verringert den Ausgangsstrom von dieser Stelle, so daß eine Strombegrenzung über die Ausgangsverstärkerstufe 28 erfolgt. Wie unten imjeinzelnen erläutert wird, wird während der Strombegrenzung, wenn die Reglerschaltung 32 aktiv ist, die Entladeschaltung 36 dazu gebracht, daß sie aktiv wird, wodurch der Kondensator 38 entladen wird. Vor der Strombegrenzung wird der Kondensator 38 auf einen vorgegebenen Wert aufgeladen, so daß eine Spannung V_Q vorhan-

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den ist, wodurch die Spannung an dem Kondensator zu der Größe des Zündzeitsteuersignals proportional ist, welches an der Klemme S₂ erzeugt wird. Der Widerstandsteiler, welcher die Widerstände 40 und 42 aufweist, liefert eine Spannung, welcher proportional zu derjenigen Spannung ist, welche an der Klemme S₂ bei 44 erzeugt wird. Diese Spannung wird dazu verwendet , den Kondensator 38 über den Widerstand 46 und die Diode 48 während der positiven Halbwelle des Zündzeitsteuersignals 24 vor der Strombegrenzung aufzuladen.

In der Fig. 2 sind die Wellenformen dargestellt, welche das Verständnis der Arbeitsweise des Zündsystems 10 erleichtern. Die Fig. 2A und 2B entsprechen einer geringen Drehzahl der Maschine, beispielsweise der Leerlaufdrehzahl, und die Fig. 20 und 2D sind für höhere Maschinendrehzahlen repräsentativ. In allen Fällen wird Vp^™ im wesentlichen konstant gehalten, so daß bei einer Veränderung der Spannung an der Klemme S_x. derjenige Punkt, an welchem der Verstärker 22 eingeschaltet wird, verändert werden kann. Die Spannung, welche an der Fühlerspule 16 erzeugt wird, übersteigt das Potential Vq, welches der Größe der Spannung am Kondensator $Ö entspricht. Es wird angenommen, daß bei geringen Maschinendrehzahlen V„ in der Nähe des Massepotentials liegt.

Gemäß Fig. 2A und 2B wird ein Zündzyklus zur Zeit T. ausgelöst, wenn das Zeitsteuersignal negativ wird. Bei T₂ erreicht die Wellenform 24 einen negativen Spitzenwert und beginnt, wieder positiv zu werden. Im Zeitpunkt T, wird die an der Fühlerspule 16 entwickelte Spannung (welche dem Eingang des Verstärkers 22 zugeführt wird) gleich V^gg,, wodurch der Verstärker 22 eingeschaltet wird. Wenn der Verstärker 22 eingeschaltet ist, ist auch die Ausgangsstufe 28 eingeschaltet. Der Strom beginnt dann, durch die Spule 18 rampenartig anzusteigen (Abschnitt 52 der Wellenform 50). Im Zeitpunkt T^ hat der Strom durch die Zündspule einen Wert erreicht, der

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eine Begrenzung bewirkt, wie es durch den Abschnitt 54-der Wellenform 50 veranschaulicht ist. Bei Tc wird ein weiterer Zündzyklus ausgelöst, und die an der Fühlerspule 16 erzeugte Spannung wird wieder negativ. Der Ausgangsverstärker 28 bleibt eingeschaltet, bis die Spannung an der Klemme S₂ unter einen Wert abfällt, welcher durch den Punkt 56 (siehe Fig. 2A) dargestellt ist, wodurch der Verstärker 22 abgeschaltet wird und auch den Ausgangsverstärker 28 abschaltet. Die Zündspule 18 wird dann entladen, wenn kein Strom mehr durch diese Spule hindurchfließt, und es wird ein Zündfunke erzeugt. Bei geringer Maschinendrehzahl kann die Schließzeit (T^-T₁-) des Systems 10 % oder weniger des gesamten Zündzyklus betragen.

Bei höheren Maschinendrehzahlen ist es erwünscht, die Ausgangsstufe 28 früher innerhalb des Zündzyklus einzuschalten, so daß eine Strombegrenzung eintritt, um eine ordnungsgemäße Funkenbildung zu gewährleisten. Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, daß das Zündzeitsteuersignal, welches an der Fühlerspule 16 erzeugt wird, in einer Beziehung zu dem Spannungspotential steht, welches an der Klemme S,- auftritt, und dazu symmetrisch erzeugt wird. Indem der Wert von V_G verändert wird, kann auch der Durchschnittswert des erzeugten Zündzeitsteuersignals in bezug auf das Spannungsbezugspotential V™™ verändert werden. Aus den Fig. 20 und 2D geht hervor, daß bei einer Zunahme von V_ß in bezug auf V™™ derjenige Wert, bei welchem das Zündsignal (Wellenform 58) größer wird als Vrvgj,, früher im Zündzyklus auftritt und einen Strom durch die Zündspule zu einem früheren Zeitpunkt fließen läßt. Bei T₇, wird die Größe der Wellenform 58 im wesentlichen gleich Vgjrp, und der Verstärker 22 wird eingeschaltet. Indem der Kondensator 38 auf einen höheren Wert aufgeladen wird, wird V_Q vergrößert, wodurch wiederum der Verstärker 22 dazu gebracht wird, früher im Zündzyklus ausgelöst zu werden. Folglich tritt eine Strombegrenzung (Abschnitt 62 der Wellenform 60) vor dem

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Ende des Zündzyklus früher auf, und es wird ein Funken mit hoher Energie bei der Entladung der Zündspule erzeugt (Zeitpunkt Tc)-

Bei höheren Maschinendrehzahlen wird die Größe von V« durch die geschlossene Rückführschleife gesteuert, welche die Entladungsschaltung >6, die Widerstände 40, 42 und 46 sowie die Diode 48 aufweist. Bei höheren naschinendrehzahlen werden an der Fühlerspule 16 größere Spannungen erzeugt, und die größere Spannung, welche von dem Widerstandsteiler erzeugt wird, welche die Widerstände 40 und 42 aufweist, erzeugt einen Strom durch die Diode 48, um den Kondensator 3Ö zu entladen. Somit wird der Kondensator 38 auf einen höheren Wert aufgeladen, wenn die Maschinendrehzahl zunimmt, wodurch an diesem Kondensator eine höhere Spannung entsteht, während hingegen der Kondensator 38 auf eine niedrigere Spannung aufgeladen wird, wenn die Maschine mit geringerer Drehzahl läuft. Wenn die Frequenz des Zündzyklus zunimmt, wird die Ausgangsstufe 28 somit entsprechend früher innerhalb der Zündzyklusperiode eingeschaltet. Auf diese Weise wird die Verweilzeit oder die Schließzeit verändert. Bei stetigem Betrieb der Maschine, d.h. bei konstanter Maschinendrehzahl, wird der Wert von Vq konstant gehalten, so daß auch die Schließzeit konstant bleibt. Dies ergibt sich dadurch, daß der Kondensator 38 über die Entladeschaltung 36 in dem Maß entladen wird, wie er über die Diode 48 aufgeladen wird. Die Entladeschaltung 36 wird nur während des Strombegrenzungsabschnittes im Zündzyklus in Betrieb gesetzt, und zwar in Reaktion auf ein Steuersignal, welches von einer Stromfühler- und -Reglerschaltung 32 erzeugt wird. Bei höherer Drehzahl gewährleistet die geschlossene Rückführschleife, daß der Kondensator j>Q auf einem gewünschten Ladungspegel gehalten wird. Wenn beispielsweise während eines stetigen Betriebs der Maschine aus irgendeinem Grund der Kondensator 38 auf einen höheren Wert als den normalen Wert aufgeladen wird, wird während des folgenden Zündzyklus die Ausgangsstufe 28 früher eingeschaltet,

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so daß die Strombegrenzung früher auftritt, wodurch wiederum der Kondensator 3ö langer entladen wird, bis der dem stetigen Zustand entsprechende Wert wieder erreicht ist.

Das erfindungsgemäße Zündsystem führt zu verschiedenen wesentlichen Vorteilen, wodurch das Zündsystem 10 herkömmlichen Zündsystemen mit veränderlicher Schließzeit überlegen ist. Ein solcher Vorteil wird durch den Verstärker 20 der Schwellenschaltung 12 geliefert, indem durch diesen Teil der Schaltung eine Energieversorgungsschaltung mit veränderbarem Potential gebildet wird. Der Verstärker 20 ist gemäß der Darstellung ein Verstärker mit dem Verstärkungsmaß 1 und liefert sowohl einen Abschluß hoher Impedanz für den Kondensator 58 als auch einen Abschluß geringer Impedanz für die Klemme S_x. der Fühlerspule 16.

Gemäß der obigen Beschreibung wird die Schließzeit in Verbindung mit dem Wert Vq verändert, welcher an dem Kondensator 38 erzeugt wird. Wenn V„ zunimmt, ist der Punkt, an welchem der Wert des Zündzextsteuersignals (Wellenformen 24 und 58) größer wird als V„£-, früher innerhalb des Zündzyklus angeordnet. Somit erzeugt eine Veränderung in V„ eine entsprechende Veränderung in der Schließzeit. Gemäß der Erfindung bleibt die am Kondensator 38 erzeugte Spannung im wesentlichen konstant, bis eine Entladung erfolgt, weil der Leckstrom auf einem Minimum gehalten wird, und zwar aufgrund der hohen Eingangsimpedanz, welche am Eingang der Verstärkerschaltung 20 vorhanden ist. Somit kann der Auslösepunkt des Zündsystems gemäß der Erfindung ausgezeichnet definiert werden.

Weiterhin wird durch die geringe Impedanz an der Klemme S_x. die an der Fühlerspule 16 erzeugte Spannung symmetrisch in bezug auf das Potential verändert, welches am Ausgang des Verstärkers 20 auftritt (siehe V₀ in der Fig. 2). Wenn die Abschlußimpedanz zunimmt, wird die Reaktion der Fühlerspule

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schwächer, wodurch die Spannung abnimmt, welche an der Fühlerspule erzeugt wird. Wenn dieser Vorgang übermäßig stark wird, besteht die Möglichkeit, daß bei geringer Maschinendrehzahl das erzeugte Zündzeitsteuersignal keinen ausreichenden Spitzenwert erreicht, um den Verstärker 22 auszulösen, so daß eine Fehlzündung entstehen könnte. Je größer die Asymmetrie des Zündzeitsteuersignals in bezug auf das Bezugspotential V_Q wird, umso weniger genau ist der Punkt, an welchem der Verstärker 22 während des Zündzyklus eingeschaltet wird. Somit kann die Schließzeit des Zündsystems dann nicht mehr ordnungsgemäß definiert werden. Deshalb ist es von großer Bedeutung, an der Klemme S^ eine geringe Ausgangsimpedanz zu erhalten.

Die Fig. 3 veranschaulicht die Schwellenschaltung 12 gemäß der Erfindung, welche zu den obengenannten Vorteilen führt. Die Schwellenschaltung 12, welche in einer bevorzugten Ausführungsform ein Abschnitt eines Chips 14- einer integrierten Schaltung darstellt, ist derart ausgebildet, daß sie von einer Energieversorgungsleitung 65 eine Energieversorgungsspannung V bekommt. Der Verstärker 20 ist als Darlington-Verstärker

66 dargestellt, welcher die Transistoren 68 und 70 aufweist. Die Basis des Transistors 68 ist mit dem Kondensator 38 an der Klemme 72 verbunden, und die Kollektoren der Transistoren 68 und 70 sind mit der Energieversorgungsleitung 65 verbunden. Der Emitter des Transistors 70 ist über den Widerstand 74- ^mi"t einer weiteren Energieversorgungsklemme 75 verbunden, die auf Massepotential liegen kann, und weiterhin mit der Basis des Transistors 76, welcher ein PNP-Substrat-Transistor ist. Die Transistoren 78 und 80 arbeiten als Gegentakt-Ausgangsstufe. Die Basis des Transistors 78 ist über die Stromquelle 86 mit der Energieversorgungsleitung 65 und mit dem Emitter des Transistors 76 über ein Paar von Dioden 82 und 84 verbunden. Die Basis des Transistors 80 ist auch mit dem Emitter des Transistors 76 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers oder der Spannungsversorgungsschaltung 20 ist über den Widerstand 88 von den miteinander verbundenen Emittern der Transistoren

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78 und 80 mit der Klemme S. verbunden, welche mit der Fühlerspule 16 verbunden ist. Die hohe Ausgangsimpedanz, welche an der Eingangsklemme 72 vorhanden ist, wird dadurch hervorgerufen, daß eine "beta"-Multiplikation des Wertes des Widerstandes 74 erfolgt, welcher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform etwa 3OOO Ohm beträgt. Dieser Widerstand begrenzt auch den Strom durch den Darlington-Verstärker 68 in der Weise, daß der Energieverbrauch minimal ist. Auf ähnliche Weise ist bei der Klemme S. eine geringe Ausgangsimpedanz vorhanden, indem der Wert des Widerstandes 74 durch die beta-Werte der Transistoren 76 bzw. 80 dividiert wird.

Im Betrieb ist das Spannungspotential an der Klemme S^ nominell 20 (wobei 0 der Basis-Emitter-Spannungsabfall der bipolaren Transistoren ist), und zwar zu allen Zeiten, zu denen die Größe von V"_c geringer ist als 20. Wenn 0 etwa gleich 0,7 Volt ist, dann ist bei Vq kleiner als 1,4- Volt sowohl der Transistor 68 als auch der Transistor 70 gesperrt, und es fließt kein Strom durch den Transistor 7-4·. In diesem Zustand ist die Spannung am Emitter des Transistors 78 und an der Klemme S^. im wesentlichen 1,4 Volt. Wenn jedoch Vq größer wird als 1,4 Volt, wird die Spannung an der Klemme S^ danach im wesentlichen gleich Vq. In diesem Zustand folgt die Spannung S^ der Spannung Vq für alle Werte von Vq, welche größer sind als 1,4 Volt. Dies ergibt sich aus der Fig. 3i wenn berücksichtigt wird, daß die Basis-Emitter-Spannungen aller bipolaren Transistoren im wesentlichen gleich sind. Dann gilt Vq > 1,4- Volt, und es ergibt sich für die Spannung an der Klemme S^ folgende Beziehung:

^VS1

^VS1 = ^VC

Der Verstärker 22 der Schwellenschaltung 12 weist gemäß der Darstellung einen NPN-Transistor 90 auf, welcher mit dem FNP-Substrat-

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Transistor 92 in Reihe geschaltet ist. Die Basis des Transistors 90 ist über den Widerstand 9^ mit der Klemme S₂ verbunden, welche mit der anderen Klemme der Fühlerspule 16 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 90 ist über die Stromquelle 96 mit der Energieversorgungsleitung 65 verbunden. Der Kollektor des Transistors 92 ist mit dem Massebezugspotential verbunden, während die Basis dieses Transistors zwischen der Stromquelle 98 und dem Widerstand 100 angeordnet ist, wobei die beiden letztgenannten Bauteile in Reihe zwischen der Energieversorgungsleitung 65 und dem Massepotential angeordnet sind. Der Widerstand 100 entspricht dem Widerstand 7^- iß seiner Größe.

Im Betrieb erzeugt die Stromquelle 98 die Bezugsspannung Vp™ am Widerstand 100, welche der Basis des Transistors 92 zugeführt wird. Der Transistor 92 bleibt solange gesperrt, bis die Spannung an der Klemme S einen Wert erreicht, welcher 20 + V_RKTJI entspricht. Da die Fühlerspule 16 zwischen den Klemmen S_x. und S₂ angeordnet ist, wenn V_Q kleiner ist als 1,4- Volt, ist die Spannung an der Klemme S_x. gleich 1,4- Volt, und die Transistoren 90 und 92 werden eingeschaltet, wenn die an der Fühlerspule 16 erzeugte Spannung im wesentlichen gleich V^™ wird. Dieser Zustand ist in der Fig. 2A veranschaulicht. Wenn jedoch (gemäß Fig. 2C) Vq größer wird als 1,4 Volt, ist die Spannung an der Klemme S_x. im wesentlichen gleich V~, so daß das Züudzeitsteuersignal darüber hinaus ansteigt und die Transistoren 90 und 92 früher im Zündzyklus eingeschaltet werden. Daher bewirkt gemäß der obigen Erläuterung ein zunehmender Wert von V~ (wobei V™™ konstant gehalten wird), daß der Transistor 90 früher eingeschaltet wird. Wenn der Transistor 90 im durchlässigen Zustand ist, wird der Verstärker 26, welcher daran angeschlossen ist, eingeschaltet, und es fließt ein Erregerstrom durch die Zündspule 18, wie es oben erläutert wurde.

Unter Verwendung bekannter Maßnahmen kann die am Widerstand 100 erzeugte Spannung derart gestaltet werden, daß ein Null-Temperaturkoeffizient vorhanden ist. Wenn auf diese Weise Fertigungstoleran-

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zen ausgeschlossen werden, bleibt die Schließzeit bei der jeweiligen Maschinendrehzahl auch dann im wesentlichen konstant, wenn die Temperaturen schwanken.

Die Auswirkung von Betriebsveränderungen beim Verhalten der Schwellenschaltune 12 kann dadurch vermieden werden, daß die Bauteile der Verstärker 20 und 22 einander angepaßt werden. Um derartige Veränderungen zu eliminieren, werden die Substrateinrichtungen 76 und 92 ebenso wie die Stromquellen 86 und 96 durch bekannte Maßnahmen aufeinander abgestimmt. Somit ist der Strom, welcher durch die Dioden 82 und 84 dem Transistor 76 zugeführt wird, im wesentlichen gleich dem Strom durch den Transistor 92. Da die Widerstände 7^ und 100 in ihrem Wert identisch sind, spielen die relativen Werte von Beta bei den Transistoren 76 und 92 keine Rolle. Ein beliebiger Spannungsabfall am Widerstand 7^ aufgrund des Basisstroms im Transistor 76 bekommt dann den gleichen Wert wie die Spannung, welche am Widerstand 100 abfällt, und zwar aufgrund des Basisstroms vom Transistor 92. Somit werden diese Veränderungen aufeinander abgestimmt oder in Gleichtakt gebracht, und zwar zwischen den Klemmen S1 und S2, und beeinträchtigen die Arbeitsweise der Schaltung nicht.

Beim Betrieb des Zündsystems 10 liefert die Schaltung 12 verschiedene wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Systemen mit veränderlicher Schließzeit. Ein solcher Vorteil besteht darin, daß der Wert von Vq im wesentlichen während jedes Zündzyklus konstant gehalten wird, und zwar wegen der hohen Eingangsimpedanz an der Klemme 72. Somit wird ein sehr geringer Leckstrom erzeugt, welcher andernfalls die Entladung des Kondensators 3ö herbeiführen würde. Somit bleibt für eine gegebene Maschinendrehzahl die Schließzeit konstant.

Das erfindungsgemäße Zündsystem 10 erfordert eine wesentlich geringere Energie als herkömmliche Zündsysteme. Der verhältnismäßig große Wert des Widerstandes 7^ begrenzt den Strom, welcher durch den Darlington-Verstärker 16 fließt, und zwar um eine Größenordnung gegenüber bekannten Zündsystemen. Bei-

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spielsweise ist der vom erfindungsgemäßen Zündsystem 10 benötigte Strom gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kleiner als drei Milliampere, im Vergleich zu etwa ^O Milliampere bei einem herkömmlichen System. Da vom erfindungsgemäßen System nur ein minimaler Strom verbraucht wird, ist der Energieverbrauch unter Last ebenso wie ohne Last wesentlich geringer als bei einem herkömmlichen System, wodurch auch die Zuverlässigkeit des Zündsystems 10 gesteigert werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Schwellenschaltung wird somit ein Zündsystem mit Eigenschaften erreicht, welche den bekannten Zündsystemen überlegen sind. Die Schwellenschaltung weist eine Eingangsstufe mit veränderbarer Spannung und einen Ausgangsverstärker mit Hysteresis auf.

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Claims

Patentansprüche

li.^JchwellenGchaltung für ein Zündsystem, zur Veränderung ^""aer Schließzeit des Systems in Reaktion auf Veränderungen der Maschinendrehzahl, wobei das Zündsystem eine Fühlereinrichtung auf v/eist, die eine erste und eine zweite Klemme hat, an welchen abwechselnde Zeitsteuersignale entwickelt werden, deren Größe sich mit der Maschinendrehzahl ändert, wobei weiterhin eine Zündspule zur Erzeugung von Zündfunken vorhanden ist, um die Maschine in Reaktion darauf zu betreiben, daß die Zündspule aufgeladen und dann entladen wird, und wobei eine Stromtreiberschaltung vorhanden ist, um die Zündspule in Reaktion auf ein angelegtes Steuersignal aufzuladen, dadurch gekennzeichnet , daß eine Ladungsspeichereinrichtung (38) mit der ersten Klemme der Fühlereinrichtung verbunden ist, um ein Gleichstrompotential zu liefern, welches zu der Größe der Zündzeitsteuersignale proportional ist, daß weiterhin ein Verstärker (20) mit einem Verstärkungsmaß Eins mit der Ladungsspeichereinrichtung verbunden ist, der einen Ausgang aufweist, welcher mit der zweiten Klemme der Puhlereinrichtung verbunden ist, daß der Verstärker für die zweite Klemme der Puhlereinrichtung eine geringe Impedanz liefert und auf Veränderungen in der Größe des Potentials anspricht, welches von der Ladungsspeichereinrichtung angelegt ist, um das Gleichstrompotential zu verändern, welches an seinem Ausgang geliefert wird, an welchem die ZündzeitSteuersignale gebildet werden, daß weiterhin eine Komparatorschaltung (22) vorhanden ist, die einen Eingang aufweist, welcher mit der ersten Klemme der Pudereinrichtung verbunden ist, und der einen Ausgang hat, welcher mit der Stromtreiberschaltung verbunden ist, um das Steuersignal zu liefern, damit die Stromtreiberschaltung aktiviert werden kann, wenn die Größe der Zündzeitsteuersignale gleich oder größer wird als ein vorgegebener Wert.

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2. Schwellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker mit dem Verstärkungsmaß Eins eine Darlington-Verstärkereingangsstufe (66) aufweist, die eingangsseitig mit der Ladungsspeichereinrichtung verbunden ist, daß weiterhin eine erste Widerstandseinrichtung (7^·) zwischen dem Ausgang des Darlington-Verstärkers und einem Bezugspotential angeordnet ist, und daß eine Ausgangsverstärkerschaltung (76, 78, 80, 82, 84, 86) vorhanden ist, welche einen Eingang hat, der mit dem Ausgang des Darlington-Verstärkers verbunden ist, und der einen Ausgang hat, welcher mit dem Ausgang des Verstärkers mit dem Verstärkungsmaß Eins verbunden ist.
3. Schwellenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsverstarkerschaltung einen ersten Transistor mit einem ersten Polaritätstyp (76) aufweist, dessen Basis mit dem Ausgang des Darlington-Verstärkers verbunden ist, dessen Kollektor mit dem Bezugspotential verbunden ist und der einen Emitter hat, daß weiterhin ein zweiter Transistor (80) des ersten Leitfähigkeitstyps vorhanden ist, dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, dessen Kollektor mit dem Bezugspotential verbunden ist und dessen Emitter mit dem Ausgang der Ausgangsverstärkerschaltung verbunden ist, daß weiterhin ein dritter Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps vorhanden ist, der eine Basis aufweist, der weiterhin einen Kollektor hat, welcher mit einer Quelle eines Betriebspotentials verbunden ist und der einen Emitter hat, welcher mit dem Emitter des zweiten Transistors verbunden ist, daß weiterhin eine Stromquelle vorhanden ist, welche mit der Basis des dritten Transistors verbunden ist, daß weiterhin eine Spannungsubertragungsschaltung (82, 84) vorgesehen ist, welche zwischen der Basis des dritten Transistors und dem Emitter des ersten Transistors angeordnet ist, um den Potentialpegel, welcher am Emitter des ersten Transistors auftritt, auf einen anderen Pegel an der Basis des dritten Transistors zu bringen.

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4. Schwellenschaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Komparatorschaltung einen ersten Transistor (90) eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, dessen Basis mit der ersten Klemme der Fühlereinrichtung verbunden ist, dessen Kollektor mit dem Ausgang der Komparatorschaltung verbunden ist und der weiterhin einen Emitter hat, daß weiterhin ein zweiter Transistor (92) eines ersten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist, der eine Basis hat, der weiterhin einen Emitter hat, welcher mit dem Emitter des ersten Transistors der Komparatorschaltung verbunden ist, und dessen Kollektor mit dem Bezugspotential verbunden ist, daß weiterhin eine Schwellenpdbentialschaltung (98, 100) vorgesehen ist, um ein Schwellenbezugspotential des vorgegebenen Wertes aufzubauen, und daß die Schwellenpotentialschaltung mit der Basis des zweiten Transistors der Komparatorschaltung verbunden ist.
5. Schwellenschaltung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwellenpotentialschaltung eine Stromquelle (98) und eine Widerstandseinrichtung (100) aufweist, welche mit der Stromquelle verbunden ist, und daß der Verbindungspunkt zwischen der Widerstandseinrichtung und der Stromquelle mit der Basis des zweiten Transistors der Komparatorschaltung verbunden ist.
6. Schwellenschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor Eins und die Komparatorschaltung als monolithische integrierte Schaltungen aufgebaut sind, daß der erste Transistor des Ausgangsverstärkers und der zweite Transistor der Komparatorschaltung Substrateinrichtungen sind und derart aufeinander abgestimmt sind, daß Prozeßveränderungen vermindert werden, und daß die Jeweilige Widerstandseinrichtung der Komparatorschaltung und der Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor Eins von gleichem Wert sind.

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