DE2822507A1

DE2822507A1 - Zuendanlage fuer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2822507A1
Application number: DE19782822507
Authority: DE
Inventors: Noboru Sugiura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1978-05-23
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE2822507C2; US4245610A; JPS5647393B2; JPS53146040A

Description

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HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Zündanlage für Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für eine Brennkraftmaschine mit insbesondere einem Regelkreis, um eine beim Strombegrenzen auftretende geringe Schwingung zu verhindern.

Gewöhnlich hat eine Zündanlage für eine Brennkraftmaschine einen Stromregelkreis, um zu verhindern, daß mehr Strom als ein vorbestimmter oder Schwellenwert durch einen Leistungstransistor in Reihe zur Primärwicklung einer Zündspule fließt, so daß der Stromfluß des Primärstromes der Zündspule gesteuert ist. In einem derartigen Regelkreis wird eine kleine Schwingung in dem Zeitpunkt hervorgerufen, wenn der Kollektorstrom des Leistungstransistors begrenzt ist, was auf einem hohen Verstärkungsfaktor des Regelkreises und einer

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Verzögerung im Ansprechverhalten des Leistungstransistors beruht. Diese kleine Schwingung bewirkt ihrerseits, daß der Basisstrom, die Kollektor-Emitter-Spannung und der Kollektorstrom des Lexstungstransistors schwingen. Damit ist die Betriebsstabilität des Leistungstransistors herabgesetzt, und der Kollektorverlust ist erhöht, so daß die erzeugte Wärme den Leistungstransistor zerstören kann. Daher sollte die Schwingung bei begrenztem Kollektorstrom verhindert werden.

Um eine derartige Schwingung zu verhindern, wird entweder der Verstärkungsfaktor des gesamten Stromregelkreises auf einen kleinen Wert begrenzt oder ein Kondensator in die Rückkopplungs- oder Rückführungsschleife des Stromregelkreises eingefügt, um eine Verzögerung in einer Signalphase auszunutzen (vgl. US-PS 3 838 672).

Wenn ein Teil des Stromregelkreises als monolithische integrierte Schaltung aufgebaut wird, haben jedoch die Stromverstärkungsfaktoren der in der monolithischen integrierten Schaltung enthaltenen Transistoren verschiedene Werte in einem Bereich von 30 bis 200, und die Wahrscheinlichkeit ist sehr gering, daß eine monolithische integrierte Schaltung mit Transistoren erhalten wird, die alle kleine Stromverstärkungsfaktoren aufweisen. Entsprechend ist die Ergiebigkeit monolithischer integrierter Schaltungen, mit denen die Verstärkungsfaktoren des gesamten Stromregelkreises klein gemacht werden können, begrenzt, so daß die Ausbeute von Zündanlagen herabgesetzt und der Aufwand für die Herstellung erhöht ist. Wenn ein Teil des Stromregelkreises mit einer monolithischen integrierten Schaltung aufgebaut wird, dient daher ein Kondensator zum Verhindern der Schwingung. Der Einsatz eines Kondensators steigert aber den Aufwand für die Zündanlage und vergrößert auch deren Abmessungen.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zündanlage anzugeben, bei der ein Teil des Stromregelkreises in einer monolithischen integrierten Schaltung aufgebaut ist und die eine bei begrenztem Strom durch den Leistungstransistor hervorgerufene Schwingung ohne erhöhten Aufwand und größere Abmessungen verhindern kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung sieht also eine Zündanlage für eine Brennkraftmaschine vor, bei der ein Stromregelkreis vorgesehen ist, um so den Kollektorstrom eines Leistungstransistors zur Steuerung des Primärstromes einer Zündspule zu begrenzen, daß der Kollektorstrom nicht einen vorbestimmten Wert oder Schwellenwert überschreiten kann. Der Stromregelkreis hat einen Spannungsgenerator zum Erzeugen einer vorgegebenen Soll-Spannung und einen Vergleicher zum Vergleichen der Soll-Spannung mit einer Ist-Spannung proportional zum Kollektorstrom des Leistungstransistors, und er steuert die Leitfähigkeit eines Ansteuertransistors, um den Ansteuerstrom für den Leistungstransistor entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers einzustellen. Der Stromregelkreis ist mit einem kleinen Widerstandswert zwischen Erde und dem Verbindungspunkt des Emitters des Ansteuertransistors mit dem negativen Pol des Soll-Spannungsgenerators vorgesehen, wodurch eine Rückkopplungsschleife einschließlich des Soll-Spannungsgenerators und des Vergleichers für die Emitter-Kollektor-Strecke des Ansteuertransistors gebildet wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündanlage,

Fig. 2 Signale zur Erläuterung des Betriebs der in Fig. 1 dargestellten Zündanlage,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Zündanlage nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. H ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Zündanlage in Einzelheiten.

Fig. 1 zeigt eine Zündanlage nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Zündanlage hat einen Soll-Spannungsgenerator 1 zum Erzeugen einer vorbestimmten Soll-Spannung, einen Vergleicher 2, eine Zündspule 9 mit einer Primärwicklung 91 und einer mit einer Funkenstrecke 20 verbundenen Sekundärwicklung 92, einen Leistungstransistor k zum Steuern eines Stromes durch die Primärwicklung 91 der Zündspule 9, einen Ansteuertransistor 3 zum Steuern des Ansteuerstromes für den Leistungstransistor 4, einen Stromfühler-Widerstand 5, Widerstände 7 und 8 zum Teilen der Spannung am Widerstand 5, einen Signalgenerator 10 zum Erzeugen eines Signales synchron zur Drehung bzw. Drehzahl der Brennkraftmaschine, einen Verstärker 15 zum Formen und Verstärken des Ausgangssignales des Signalgenerators 10, so daß ein Zündtaktsignal an der Basis des Ansteuertransistors 3 liegt, und einen Widerstand R zwischen Erde (z. B. einem Punkt B) und einem Verbindungspunkt A des negativen Poles des Soll-Spannungsgenerators 1 und des Emitters des Ansteuertransistors 3. Der Soll-Spannungsgenerator 1 und die Zündspule 9 sind mit einer Strom- bzw. Spannungs-

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quelle V verbunden. Der Ansteuerstrom für den Leistungstransistor 4 wird von der Spannungsquelle V über den Widerstand eingespeist.

Der Signalgenerator 10 erzeugt ein Signal (z. B. ein Signal, das die Winkelstellung der Brennkraftmaschinen-Kurbel darstellt) synchron zur Brennkraftmaschine, wie dies in Fig. 2 (A) gezeigt ist. Dieses Signal wird nach Formen und Verstärken durch den Verstärker 15 in den Ansteuertransistor 3 als ein Zündtaktsignal eingespeist, wie dieses in Fig. 2 (B) gezeigt ist. Wenn das Zündtaktsignal nicht in den Ansteuertransistor 3 eingespeist wird, so ist dieser ausgeschaltet. Wenn der Ansteuertransistor ausgeschaltet ist, wird das Potential am Kollektor des Transistors 3 hoch. Damit wird der Leistungstransistor 4 mit einer Basisvorspannung über den Widerstand 6 versorgt, so daß der Transistor 4 eingeschaltet ist. Nach dem Leiten des Leistungstransistors 4 fließt ein Strom durch die Primärwicklung 91 der Zündspule 9, die als Last des Transistors 4 geschaltet ist. Der Primärstrom der Zündspule 9, d. h., der Kollektorstrom I des Leistungstransistors 4, nimmt

den in Fig. 2 (C) gezeigten Verlauf aufgrund der Induktivität und des Gleichstrom-Widerstandswertes der Primärwicklung 91 der Zündspule 9 an. Wenn das Zündtaktsignal am Ansteuertransistor 3 liegt, so ist dieser eingeschaltet. Entsprechend fällt das Potential am Kollektor des Transistors 3» so daß die Vorspannung an der Basis des Leistungstransistors 4 verschwindet, wodurch der Leistungstransistor 4 ausgeschaltet wird, um den Primärstrom der Zündspule 9 zu unterbrechen. In diesem Augenblick wird eine Hochspannung in der Sekundärwicklung 92 der Zündspule 9 induziert, die einen elektrischen Funken an der Funkenstrecke 20 in der Brennkammer der Brennkraftmaschine erzeugt.

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Der Stromregelkreis zum Begrenzen des durch den Leistungstransistor 4 fließenden Stromes wird durch den Stromfühler-Widerstand 5, die Widerstände 7 und 8, den Soll-Spannungsgenerator 1, den Vergleicher 2 und den Ansteuertransistor 3 gebildet. Der Kollektorstrom I des Leistungstransistors 4 bildet einen Spannungsabfall am Stromfühler-Widerstand 5 zwischen dem Emitter und Erde. Der Stromfühler-Widerstand 5 wird durch eine Reihenschaltung aus den Widerständen 7 und 8 nebengeschlossen, und eine Spannung entsprechend dem Kollektorstrom wird von einem Verbindungspunkt C der Widerstände 7 und 8 abgegeben und an den Vergleicher 2 gelegt.

Die Soll-Spannung zum Festlegen der oberen Grenze bzw. des oberen Schwellenwertes des Kollektorstromes durch den Leistungstransistor 4 wird durch den Soll-Spannungsgenerator

1 eingestellt und an den Vergleicher 2 gelegt. Der Vergleicher

2 vergleicht die am Punkt C erfaßte Ist-Spannung mit der Soll-Spannung und erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Amplitude entsprechend der Differenz zwischen der erfaßten Ist-Spannung und der Soll-Spannung. Wenn insbesondere die erfaßte Ist-Spannung ausreichend kleiner als die Soll-Spannung ist, gibt der Vergleicher 2 kein Ausgangssignal ab, während dieser Vergleicher 2 ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Amplitude mit abnehmender Differenz zwischen der Ist-Spannung und der Soll-Spannung zunimmt, wenn die Ist-Spannung ausreichend hoch ist, um sich der Soll-Spannung zu nähern. Das Ausgangssignal wird in die Basis des Ansteuertransistors 3 gespeist, um die Leitung bzw. die Leitfähigkeit des Transistors 3 zu steuern. Mit zunehmendem Kollektorstrom I des Leistungstransistors 4 nimmt die Ist-

Spannung am Punkt C zu. Während dieser Zeit ist der Ansteuertransistor 3 ausgeschaltet. Mit steigender Ist-Spannung gibt der Vergleicher 2 ein Ausgangssignal ab, um den Ansteuertransistor 3 einzuschalten. Folglich nimmt der Ansteuerstrom (oder

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der Basisstrom) I_ß für den Leistungstransistor 4 plötzlich ab j so daß die Kollektorspannung des Leistungstransistors 4 ansteigt, um den Primärstrom, d. h. den Kollektorstrom I , auf einen vorbestimmten Schwellenwert oder Pegel zu begrenzen. Die Soll-Spannung wird von einem Verbindungspunkt D der Spannungsteiler-Widerstände 13 und I¹I erhalten, die in Reihe liegen, um eine Zener- oder Z-Diode 12 nebenzuschließen, an der die Spannung V der Spannungsquelle über einen Schutzwiderstand 11 liegt.

Wenn ein Teil des Stromregelkreises einschließlich des Vergleichers 2 und des Ansteuertransistors 3 sowie der Verstärker 15 als eine monolithische integrierte Schaltung aufgebaut sind, ist es schwierig, Transistoren für den Vergleicher 2 und den Ansteuertransistor 3 mit den jeweiligen gewünschten Werten des Stromverstärkungsfaktors aufzubauen. Daher kann der Verstärkungsfaktor des Stromregelkreises zu groß werden. Auch ist beim Strombegrenzen der Leistungstransistor 4 im aktiven Zustand und hat daher einen großen Stromverstärkungsfaktor. Darüber hinaus weicht der Stromverstärkungsfaktor stark unter Leistungstransistoren ab, und gelegentlich muß ein Leistungstransistor mit großem Stromverstärkungsfaktor verwendet werden. Wenn der Verstärkungsfaktor des Stromregelkreises zu groß ist und wenn auch der Stromverstärkungsfaktor des Leistungstransistors zu groß ist, dann entsteht eine kleine Schwingung während des Strombegrenzens im Stromregelkreis aufgrund des herabgesetzten Ansprechens im Einschalt- und Ausschalt-Betrieb des Leistungstransistors oder anderer Ursachen. Damit schwingt die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE des Leistungstransistors, wie dies in Fig. 2 (D) gezeigt ist, so daß der Kollektorstrom ebenfalls schwingt. Während dieser Zeit schwingt auch der Ansteuerstrom Ig, wie dies in Fig. 2 (E) dargestellt ist. Die Zeitdauer oder Periode der Schwingung hängt wesentlich von der

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Ansprech-Verzögerungszeit des Leistungstransistors ab. Es hat sich gezeigt, daß die Schwingung leicht auseinanderläuft, wenn die Zeit, während der das Strombegrenzen fortdauert, lang ist.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt zum Verhindern der Schwingung ein Widerstand R mit kleinem Widerstandswert von 0,5 bis 1,5 Λ zwischen Erde und dem Verbindungspunkt A des Emitters des Ansteuertransistors 3 und dem negativen Pol des Soll-Spannungsgenerators 1. In der Praxis liegt der Widerstand R vorzugsweise zwischen dem Verbindungspunkt A und dem Erdpunkt B des Widerstandes 5. Durch den Widerstand R wird die Soll-Spannung um einen Betrag gleich dem Spannungsabfall (einige zehn mV) am Widerstand R aufgrund des durch den Ansteuertransistor 3 fließenden Stromes während des Strombegrenzens erhöht, und der Betrieb des Stromregelkreises wird bei diesem erhöhten Pegel oder Schwellenwert stabil. Wenn eine Schwingung unter dieser Bedingung eintritt, schwingt der Ansteuerstrom I_ß für den Leistungstransistor; da jedoch die Zunahme des Basisstromes I_ß die Abnahme des durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Ansteuertransistors fließenden Stromes bedingt, wird das Potential am Punkt A bezüglich Erde verringert, so daß die Soll-Spannung herabgesetzt wird. Dies führt zu einer Erhöhung des Ausgangssignales des Vergleichers und damit zu einer Steigerung der Leitung bzw. Leitfähigkeit des Ansteuertransistors 3· Der durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Ansteuertransistors 3 fließende Strom wird also erhöht, so daß eine Zunahme des Basisstromes I_R verhindert wird. Wenn andererseits der Basisstrom I_ß abnimmt, dann nimmt die Soll-Spannung zu, um das Ausgangssignal des Vergleichers 2 zu verringern. Folglich nimmt die Leitfähigkeit des Ansteuertransistors 3 ab, um die Verringerung des Basisstromes I_R zu verhindern. Insbesondere dient der Widerstand R als Gegenkopplung zur Kollektor-Emitter-Strecke des Ansteuertransistors 3.

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Diese Gegenkopplung besteht aus einer Schleife einschließlich des Soll-Spannungsgenerators 1 und des Vergleichers 2. Indem so eine Schwingung des Basisstromes I„ des Leistungstransistors H verhindert wird, wird die Schwingung im Stromregelkreis vermieden, so daß die Kollektor-Emitter-Spannung und der Basisstrom des Leistungstransistors 4 stabilisierbar sind, wie dies in den Fig. 2 (P) und 2 (G) gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Zündanlage nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 3 werden für einander entsprechende Teile bzw. Bauelemente die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Widerstand R zwischen Erde und dem Verbindungspunkt des Widerstandes I¹J mit dem Emitter des Ansteuertransistors 3i und die Anode der Z-Diode 12 ist direkt geerdet. Die Z-Diode 12 ist gewöhnlich in der monolithischen integrierten Schaltung enthalten, was jedoch manchmal mit Schwierigkeiten verbunden ist. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise für diesen Fall vorgesehen. Die Funktionen für Zündung, Strombegrenzung und Schwingungsverhinderung sind bei diesem Ausführungsbeispiel vollkommen gleich wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1.

Der Widerstandswert des Widerstandes R ist sehr klein, so daß der Widerstand R mit einem Widerstandswert von ca. 0,5 bis 1,5 Λ leicht hergestellt werden kann, indem einfach die Breite und die Länge eines Leitermusters gesteuert werden, wenn die Widerstände im Stromregelkreis in integrierter Dickfilmtechnik gebildet werden. Dadurch wird eine zusätzliche Anordnung eines Widerstandes als diskretes Bauelement ausgeschlossen, was den Aufwand für die Zündanlage verringert.

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Fig. 4 zeigt ein konkretes Beispiel für die in Fig. 3 dargestellte Schaltung. Der Signalgenerator 10 zum Erzeugen eines Signales synchron zur Drehung oder Drehzahl der Brennkraftmaschine ist in der Praxis z. B. eine Fühlerspule im Zündverteiler. Der Vergleicher 2 besteht aus einem Transistor 21 und einem Temperatur-Kompensations-Transistor 22, und die Basis und der Emitter des Transistors 21 empfangen jeweils die Soll-Spannung bzw. die Ist-Spannung. Wenn der Ansteuerstrom für den Leistungstransistor 4 und damit der Strom durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Ansteuertransistors 3 aufgrund der Schwingung im Stromregelkreis schwingt, ändert sich der Pegel oder Schwellenwert der vom Verbindungspunkt D der Widerstände 13 und 14 erhaltenen Soll-Spannung wegen der Änderung des Spannungsabfalles am Widerstand R, so daß der Basisstrom des Transistors 21 verändert wird. Damit ändert sich die Leitfähigkeit des Transistors 21, und deshalb wird die Amplitude des über eine Diode 23 in die Basis des Transistors 3 eingespeisten Signales verändert. Die Änderung in der Signalamplitude tritt auf, so daß die Schwingung unterdrückt werden kann, wie dies oben erläutert wurde. In Fig. 4 sind die Widerstandswerte der Widerstände eingetragen, um lediglich ein konkretes Beispiel für die erfindungsgemäße Zündanlage zu geben. In Fig. 4 ist außerdem der durch eine Strichlinie umschlossene Teil als monolithisch integrierte Schaltung ausgeführt.

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Claims

Ansprüche

ΠΠ Zündanlage für Brennkraftmaschine, mit

einer Zündspule einschließlich einer Primärwicklung und einer an einem Ende mit einer Funkenstrecke verbundenen Sekundärwicklung,

einem Leistungstransistor in Reihe zur Primärwicklung, um den Stromfluß des Primärstromes der Zündspule zu steuern,

einem Ansteuertransistor zum Steuern des Ansteuerstromes für den Leistungstransistor,

einem Fühler zum Erfassen einer Spannung proportional zum Kollektorstrom des Leistungstransistors,

einem Soll-Spannungsgenerator zum Erzeugen einer vorgewählten Soll-Spannung, und

einem Vergleicher zum Vergleichen der durch den Fühler erfaßten Ist-Spannung mit der Soll-Spannung und zum Erzeugen eines Ausgangssignales zur Steuerung der Leitfähigkeit des Ansteuertransistors,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Kollektor-Emitter-Strecke des Ansteuertransistors (3) mit einer Rückkopplungsschleife einschließlich des Soll-Spannungsgenerators (1) und des Vergleichers (2) versehen ist (Fig. 1, 3).

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2. Zündanlage nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet,

daß die Riickkopplungsschleife einen Widerstand (R) zwischen Erde und dem Verbindungspunkt (A) des Emitters des Ansteuertransistors (3) mit dem negativen Pol des Soll-Spannungsgenerators (1) hat (Fig. 1, 3).
3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Widerstand (R) einen Widerstandswert von 0,5 bis 1,5Λ hat (Fig. 1, 3, Ί).

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