DE2829828A1

DE2829828A1 - Zuendanlage fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2829828A1
Application number: DE19782829828
Authority: DE
Inventors: Bernd Bodig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-07-07
Filing date: 1978-07-07
Publication date: 1980-01-17
Also published as: GB2024941B; DE2829828C2; GB2024941A; US4246881A; JPS5512294A

Description

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Stand der Technik:

Zündanlagen für Brennkraftmaschinen, bei denen Stromregeleinrichtungen zur Begrenzung des Stroms durch die Primärwicklung vorgesehen sind, sind bekannt (siehe DE-OS 25 49 536) Bei diesen bekannten Zündanlagen wird der Strom im Primärkreis bzw. der Strom durch den Leistungstransistor mit Hilfe eines Messwiderstandes erfasst, der im Primärkreis liegt und an dem beim Erreichen eines sogenannten Abschaltstroms eine Spannung abfällt, die ausreicht, um einen Transistor in den leitenden Zustand zu schalten, welcher dann dem Leistungstransistor einen Teil des Basisstroms entzieht und so einen weiteren Stromanstieg im Primärkreis verhindert.

Nachteilig an dieser Art der Stromregelung bei den bekannten Zündanlagen ist es, dass in dem Leistungstransistor während des Zeitintervalls, in dem seine Leitfähigkeit gedrosselt ist, erhebliche Verluste auftreten, welche die Wahl eines entsprechend teuren Leistungstransistors erzwingen. Trotzdem kann nicht in allen Fällen eine Zerstörung des Leistungstransistors und damit ein Ausfall der Zündanlage verhindert werden.

Es ist auch bekannt (DE-OS 2 406 018), bei Zündanlagen für Brennkraftmaschinen eine getaktete Stromregelung vorzusehen, wobei nach Erreichen eines Abschaltstroms der Primärstromkreis unterbrochen und ein Parallelkreis zur Primärwicklung geöffnet wird, in dem dann ein Entladestrom fliesst, bis der Primärkreis wieder geschlossen und der Parallelkreis geöffnet wird, wenn entweder ein vorgegebenes Zeitintervall verstrichen oder ein vorgegebener unterer Grenzwert des Entladestroms erreicht ist.

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Nachteilig an diesen bekannten Zündanlagen mit getakteter
Stromregelung ist es, dass teilweise zwei Leistungsschalter
im Primärkreis vorgesehen werden müssen und dass spezielle
Steuereinrichtungen für einen elektronischen Schalter im
Parallelkreis vorhanden sein müssen.

Aufgabe der Erfindung;

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen anzugeben, bei der die Stromregeleinrichtungen derart ausgebildet sind, dass einerseits geringe Verluste im Leistungstransistor auftreten und andererseits ein einfacher, billiger und zuverlässiger Schaltungsaufbau erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Zündanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung:

Die erfindungsgemässe Zündanlage mit den Merkmalen des Hauptanspruchs bietet den wesentlichen Vorteil, dass für den
Leistungstransistor im Primärkreis ein echter Schalterbetrieb und damit eine in ihrem zeitlichen Mittelwert geringe Verlustleistung erreicht wird. Dieser Vorteil wird dabei mit geringem schaltungstechnischem Aufwand und ohne die Verwendung zusätzlicher Leistungsschalter oder dergleichen erreicht.

Insbesondere ist es ein Vorteil der erfindungsgemässen Zündanlage, dass mit Hilfe der Serienschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors in einem einfachen ohm'sehen Wider-

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stand erhebliche Verlustleistungen umgesetzt werden können, deren Höhe die Periodendauer der Ein-Aus-Schaltzyklen des Leistungstransistors und damit die an diesem entstehende Verlustleistung bestimmt.

Zeichnung;

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Zündanlage gemäss der Erfindung und

Fig. 2a

bis 2f schematische Diagramme zur Erläuterung der Funktion

der Schaltung gemäss Fig. 1. Beschreibung eines Ausführungsbeispiels;

Die in Fig. 1 der Zeichnung gezeigte Zündanlage wird in üblicher Weise aus einer Batterie gespeist, deren positiver Pol + über einen im Betrieb geschlosssenen Schalter S mit dem einen Anschluss der Primärwicklung L1 einer Zündspule Z verbunden ist, deren anderer Anschluss über, die Serienschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransistors T4 und eines Messwiderstandes R12 mit dem negativen Pol - der Batterie B verbunden ist, welcher, wie in der Zeichnung angedeutet, normalerweise an Masse bzw. an Bezugspotential liegt. Der positive Pol + der Batterie ist*über den Schalter S ferner mit der Anode einer Diode D1 verbunden, deren Kathode über einen Widerstand R1 mit einem Schaltungspunkt A verbunden

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ist, der über einen Kondensator C1 an Bezugspotential liegt. Eine Steuerschaltung ST liegt zwischen dem Schaltungspunkt A und Bezugspotential und besitzt einen Eingang, dem die Ausgangssignale eines Gebers G zuführbar sind, der in Fig. 1 als mechanischer Geber angedeutet ist, jedoch auch ein kontaktloser Geber, insbesondere ein induktiver Geber, sein kann. Ferner besitzt die Steuerschaltung einen Ausgang, der mit der Anode einer Diode D2 verbunden ist, deren Kathode direkt mit der Basis des Leistungstransistors T4 verbunden ist.

Der dem Emitter des Leistungstransistors T4 zugewandte Anschluss des Messwiderstandes R12 ist über einen Widerstand R10 mit der Basis eines Transistors T3 verbunden, dessen Emitter unmittelbar an Bezugspotential liegt und dessen Kollektor über die Serienschaltung zweier Widerstände R4,R5 mit dem Schaltungspunkt A verbunden ist. Der gemeinsame Verbindungspunkt B der Widerstände R4 und R5 ist mit der Basis eines weiteren Transistors T2 verbunden, der im Gegensatz zu den übrigen Transistoren der Schaltung, welche als npn-Transistoren ausgebildet sind, als pnp-Transistor ausgebildet ist. Der Emitter des Transistors T2 ist direkt mit dem Schaltungspunkt A verbunden, während sein Kollektor über die Serienschaltung zweier Widerstände R2 und R3 mit Bezugspotential verbunden ist. Der gemeinsame Verbindungspunkt C der Widerstände R2 und R3 ist mit der Basis eines Transistors T1 verbunden, dessen Emitter unmittelbar an Bezugspotential und dessen Kollektor unmittelbar an den Ausgang der Steuerschaltung ST angeschlossen ist. Parallel zu dem Widerstand R6 liegt ein Kondensator C3. Parallel zu dem Widerstand R7 liegt ein Kondensator C2. Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors T4 liegt die Serienschaltung

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eines Widerstandes R13 und eines Kondensators C4. Ferner liegt parallel zur Kollektor-Basis-Strecke des Leistungstransistors T4 die Serienschaltung einer Zenerdiode ZD2 und eines Widerstandes R8, während parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Leistungstransistors T4 ein Widerstand R9 liegt. Das dem Kollektor des Leistungstransistors T4 zugewandte Ende der Primärwicklung L1 der Zündspule Z ist über einen Widerstand R11, eine Zenerdiode ZD1 und eine Diode D3 mit dem Schaltungspunkt B verbunden. Ausserdem ist mit dem Kollektor des Leistungstransistors T4 der eine Anschluss der Sekundärwicklung L2 der Zündspule Z verbunden, deren anderer Anschluss in üblicher Weise - gegebenenfalls über einen Verteiler mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist. Schliesslich ist parallel zu dem Widerstand R4 noch eine Diode D4 vorgesehen.

Die vorstehend anhand der Fig. 1 beschriebene Zündanlage arbeitet wie folgt:

Die Diode D1 dient als Verpolungsschutz, während der Widerstand R1 zur Strombegrenzung für die Steuerschaltung und die Stromregeleinrichtungen dient. Der Kondensator C1 dient der Glättung der Spannung am Schaltungspunkt A. Die Steuerschaltung ST arbeitet in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Gebers G in üblicher — im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht näher zu beschreibender Weise - und erzeugt normalerweise ein Ausgangssignal in Form einer Rechteckimpulsfolge, welche die Offen- und Schliesszeit des als Unterbrecher dienenden Leistungstransistors T4 steuert.

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Die Stromregeleinrichtungen mit dem Messwiderstand R12, den Transistoren T1 bis T3 und ihren zugeordneten Bauelementen sowie mit der Serienschaltung D3, ZD1 und R11 zwischen dem Kollektor des Leistungstransistors T4 - Schaltungspunkt D und dem Schaltungspunkt B arbeitet nach Erreichen eines vorgegebenen Abschaltstroms im Primärkreis zunächst ebenfalls weitgehend in üblicher Weise. Im einzelnen wird dabei sobald das Erreichen des sogenannten Abschaltstroms über dem Messwiderstand R12 zu einem entsprechenden Spannungsabfall geführt hat/ durch die am Abgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen R7 und R10 entstehende Spannung der Transistor T3 leitend gesteuert, so dass über den Widerstand R5 zur Basis des Transistors T2 ein Basisstrom fliessen kann, durch den der Transistor T2 in den leitenden Zustand gelangt und nunmehr seinerseits über seinen Kollektorspannungsteiler mit den Widerständen R2 und R3 den bis dahin gesperrten Transistor T1 in den leitenden Zustand steuert. Der Transistor T1 entzieht nunmehr dem bis dahin voll leitenden Leistungstransistor T4 seinen Basisstrom vollständig, so dass der Leistungstransistor T4 voll gesperrt wird und nicht nur, wie dies bisher üblich war, durch Schwächung des Basisstromes in einen Zustand geringerer Leitfähigkeit überführt wird.

Aufgrund der vollständigen Sperrung des Leistungstransistors T4 steigt der Strom über der Primärwicklung L1 der Zündspule Z, wie bei einem Zündvorgang steil an, bis eine auf jeden Fall unterhalb der Zündspannung, beispielsweise bei etwa 3000 Volt liegende Spannung, erreicht ist, bei der die Zenerdiode ZD1 leitend wird und an der Basis des Transistors T2 eine Spannung wirksam werden lässt, durch die dieser Transistor gesperrt wird. Da der Basisstrom für den Transistors T1

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über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T2 fliesst, wird mit der Sperrung dieses Transistors praktisch gleichzeitig auch der Transistor T1 in den nicht-leitenden Zustand gebracht. Nunmehr kann die Ausgangsspannung der Steuerschaltung St an der Basis des Leistungstransistors T4 wieder voll wirksam werden; der Leistungstransistor T4 wird also erneut in den voll leitenden Zustand geschaltet. Dabei springt der Strom durch den Leistungstransistor T4 auf einen der Restenergie in der Primärwicklung L1 entsprechenden Anfangswert, der wegen der unvermeidlichen Verluste in der Zündspule geringer ist als der Abschaltstrom und steigt dann wieder bis zu dem Abschaltstrom an, woraufhin die vorstehend beschriebenen Vorgänge erneut zyklisch ablaufen bis die durch das Ausgangssignal der Steuerschaltung St vorgegebene Schliesszeit abgelaufen ist und der Leistungstransistor T4 zur Auslösung eines Zündvorganges endgültig gesperrt wird bzw. wenn er im Zündzeitpunkt gerade gesperrt war, gesperrt bleibt.

Bei der vorstehenden Erläuterung der Schaltung gemäss Fig. 1 wurde zunächst noch nicht berücksichtigt, dass parallel zur' Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors T4 die Serienschaltung des Widerstandes R13 mit dem Kondensator C5 vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemässen Schaltung bringt den Vorteil mit sich, dass die ohne diese Serienschaltung relativ kleinen Verluste während der Sperrdauer des Leistungstransistors T4 wesentlich vergrössert werden, was zu einer Verlängerung der Schaltzyklen und damit zu einer weiteren Reduzierung der Verlustleistung an dem . Leistungstransistor T4 führt. Im einzelnen wird der Kondensator C5 jeweils beim Sperren des Leistungstransistors T4 über den Widerstand R13 aufgeladen und dann beim erneuten Durchschalten des Leistungstransistors T4 wieder entladen, wobei

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sich am Widerstand R13 eine relativ hohe Verlustleistung ergibt, während am Leistungstransistor T 4 nur noch reine Schaltverluste auftreten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung dienen der Widerstand R6 und der dazu parallelgeschaltete Kondensator C3 als Mitkopplungszweig zur Verbesserung des Kippverhaltens, wenn der Transistor T3 bei Erreichen des Abschaltstroms leitend gesteuert wird und nunmehr seinerseits den Transistor T2 in den leitenden Zustand steuert. Andererseits verhindert der Kondensator C2, dass nach der Sperrung des Leistungstransistors T4 aufgrund des Durchschaltens des Transistors T1 der Transistor T3 sofort wieder sperrt, da die Spannung über dem Messwiderstand R12 zu diesem Zeitpunkt praktisch sofort auf Null absinkt. Der Kondensator C2 wird vielmehr unter Berücksichtigung der Widerstandswerte der an ihn angeschlossenen Widerstände R6, R7 und R10 so dimensioniert, dass er den Transistor T3 im leitenden Zustand hält, bis der Transistor T2 in Abhängigkeit von der Spannung über der Primärwicklung L1 über die Zenerdiode ZD1 gesperrt wird. Schliesslich ist noch zu erwähnen, dass die Zenerdiode ZD2 und der Widerstand R8 den Leistungstransistor T4 bei einem Zündvorgang gegen Überspannungen schützen und dass die Dioden D2, D3 und D4 als Blockierdioden dienen, während der Widerstand R11 der Strombegrenzung beim Durchschalten der Zenerdiode ZD1 dient. Ausserdem dient der Widerstand R9 der Abführung der Ladungsträger beim Sperren des Leistungstransistors T4.

Die vorstehend beschriebenen Zusammenhänge werden aus Fig. 2 noch näher deutlich, deren Teilfiguren 2a, 2b und 2c für eine bekannte Zündanlage mit Stromregelung den Strom I_ über den

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Leistungstransistor, die Verlustleistung P am Leistungstransistor und den Temperaturverlauf T. am Leistungstransistor jeweils über der Zeit t zeigen, während die Teilfiguren 2d, 2e und 2f für eine erfindungsgemässe Zündanlage den zeitlichen Verlauf des Stroms 1™ durch den Leistungstransistor T4, die Verlustleistung P_v am Leistungstransistor T4 bzw. den Temperaturverlauf T. am Leistungstransistor T4 jeweils über der Zeit zeigen. Man erkennt, dass der Strom I™, der bei der bekannten Zündanlage nach Erreichen eines Abschaltstroms I_ auf einem

vorgegebenen Wert gehalten wird, bei der erfindungsgemässen Zündanlage zwischen dem Abschaltstrom I₌ und einem unteren

CL

Grenzstrom I schwankt. Dabei erfolgen die Wechsel von ansteigendem Strom zu abfallendem Strom mit relativ hoher Frequenz, so dass der Leistungstransistor T4, obwohl ihm ein für eine vollständige Sperrung ausreichendes Sperrpotential an seiner Basis zugeführt wird, bis zum Erreichen des Zündzeitpunktes der durch das Symbol ß? angedeutet ist, niemals völlig stromlos wird.

Während die lineare Stromregelung bei der bekannten Schaltung gemäss der Teilfigur 2b bis zum Erreichen des Abschaltstroms I_a eine der Sattigungsspannung des Leistungstransistors entsprechende kleine Verlustleistung P und dann während der Phase der Stromregelung eine konstante hohe Verlustleistung P, zur Folge hat, ergeben sich bei der erfindungsgemässen Zündanlage am Leistungstransistor T4 nach dem erstmaligen Erreichen des Abschaltstroms I während der Sperrphasen über der

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der Sattigungsspannung entsprechenden Verlustleistung P_s Verlustleistungsspitzen bis zu einer maximalen Verlustleistung P_max die noch höher ist als die Verlustleistung P. . Andererseits sinkt die Verlustleistung zwischen diesen Verlustleistungs-

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spitzen in den Phasen des Stromanstiegs, in denen der Leistungstransistor Τ4 voll leitend gesteuert wird immer wieder auf den Wert ρ ab, so dass sich im Mittel eine geringere Verlustleistung P · ergibt. Dies wird auch aus den Temperaturdiagrammen gemäss Fig. 2c und gemäss Fig» 2f deutlich, die zeigen, dass die vom Leistungstransistor erreichte Endtemperatur bei der bekannten Zündanlage wesentlich höher ist als bei der erfindungsgemässen Zündanlage.

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Claims

Patentansprüche

\y Zündanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem als elektronischer Unterbrecher dienenden Leistungstransistor in Serie zur Primärwicklung einer Zündspule, mit einer Steuerschaltung zur Steuerung des Leistungstransistors und mit einem Messwiderstand zum Erfassen des durch den Leistungstransistor fliessenden Stroms aufweisenden Stromregeleinrichtungen zum Drosseln des Stroms durch den Leistungstransistor in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorgegebenen Maximalstroms durch den Messwiderstand, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungstransistor (T4) durch die Stromregeleinrichtungen (R12,T1 bis T3, ZD1) bei Erreichen des Maximalstroms voll sperrbar ist und dass die Stromregeleinrichtungen (R12,T1 bis T3, ZDi) einen in Abhängigkeit von einer vorgegebenen, unterhalb der erforderlichen Zündspannung liegenden Spannung über der Primärwicklung (L1) betätigbaren elektronischen Schalter (T1) zum Umschalten des Leistungstransistors (T4.) in den voll leitenden Zustand aufweisen.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors (T4) die Serienschaitung eines Widerstandes (R13) und eines Kondensators (C5) vorgesehen ist.

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3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Festlegen der Spannungsschwelle für das Umschalten des Leistungstransistors (T4) in den voll leitenden Zustand eine Zenerdiode (ZDl) vorgesehen ist.

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