DE2829828C2

DE2829828C2 - Für eine Brennkraftmaschine bestimmte Zündanlage

Info

Publication number: DE2829828C2
Application number: DE2829828A
Authority: DE
Inventors: Bernd 7022 Leinfelden-Echterdingen Bodig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-07-07
Filing date: 1978-07-07
Publication date: 1986-09-25
Also published as: DE2829828A1; GB2024941A; JPS5512294A; US4246881A; GB2024941B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündanlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Es ist (nach der DE-OS 25 31 278) bereits eine in dieser Richtung liegende Zündeinrichtung bekannt, bei welcher der Leistungstransistor sowohl am Anfang der besagten Zeitabschnitte mit Hilfe des Meßwiderstandes eingeschaltet als auch am Ende der besagten Zeitabschnitte mit Hilfe des Meßwiderstandes ausgeschaltet wird und bei der ferner die Primärwicklung einen Nebenschlußzweig mit einem darin liegenden Hilfsschalter hat, der zwischen den besagten Zeitabschnitten jeweils in den Stromdurchlaßzustand steuerbar ist. Nachteilig bei dieser Zündanlage ist es, daß an dem Meßwiderstand relativ viel Energie in Wärme umgesetzt wird, für deren Abführung zu sorgen ist, und daß außerdem der Hilfsschalter durch hohe Ströme und Spannungen beaufschlagt wird, weshalb hierfür eine relativ kostspielige Ausführung erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündanlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches zu schaffen und dabei die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe ist durch Anwendung der kennzeichnenden Maßnahmen des Hauptanspruches gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Maßnahmen für die Realisierung der Erfindung angegeben.

Es ist zwar (nach der DE-OS 23 39 896) auch schon eine Zündanlage bekannt, bei der der dem Leistungstransistor zugewandte Anschluß der Primärwicklung über eine Zenerdiode mit der zur Basis des Leistungstransistors führenden Steuerleitung Verbindung hat, was aber dazu dient, den Leistungstransistor etwas leitend zu steuern, wenn an seiner Emitter-Kollektor-Strecke beispielsweise durch eine Unterbrechung im Sekundärkreis eine Spannung auftritt, welche die normale Zündspannung wesentlich übersteigt

Zeichnung

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild der Zündanlage nach der Erfindung und

F i g. 2 Diagramme zur besseren Erläuterung der Wirkungsweise.

Ausführungsbeispiel

Die in F i g. 1 der Zeichnung gezeigte Zündanlage wird in üblicher Weise aus einer Batterie Ba gespeist, deren positiver Pol + über einen im Betrieb geschlossenen Schalter S mit dem einen Anschluß der Primärwicklung L \ einer Zündspule Zverbunden ist, deren anderer Anschluß über die Serienschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransistors TA, und eines Meßwiderstandes R 12 mit dem negativen Pol — der Batterie Ba verbunden ist, welcher, wie in der Zeichnung angedeutet, normalerweise an Masse bzw. an Bezugspotential liegt. Der positive Pol + der Batterie Ba ist über den Schalter S ferner mit der Anode einer Diode D1 verbunden, deren Kathode über einen Widerstand R 1 mit einem Schaltungspunkt A verbunden ist, der über einen Kondensator Cl an Bezugspotential liegt. Eine. Steuerschaltung S7!iegt zwischen dem Schaltungspunkt A und Bezugspotential und besitzt einen Eingang, dem die Ausgangssignale eines Gebers G zuführbar sind, der in F i g. 1 als mechanischer Geber angedeutet ist, jedoch auch ein kontaktloser Geber, insbesondere ein induktiver Geber, sein kann. Ferner besitzt die Steuerschaltung Sreinen Ausgang, der mit der Anode einer Diode D 2 verbunden ist, deren Kathode direkt mit der Basis des Leistungstransisiors T4 verbunden ist.

Der dem Emitter des Leitungstransistors 7*4 zugewandte Anschluß des Meßwiderstandes R12 ist über einen Widerstand R 10 mit der Basis eines Transistors T3 verbunden, dessen Emitter unmittelbar an Bezugspotential liegt und dessen Kollektor über die Serien- schaltung zweier Widerstände R 4, R 5 mit dem Schaltungspunkt A verbunden ist. Der gemeinsame Verbindungspunkt B der Widerstände R 4 und R 5 ist mit der Basis eines weiteren Transistors 7"2 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 7"2 ist direkt mit dem Schaltungspunkt A verbunden, während sein Kollektor über die Serienschaltung zweier Widerstände R 2 und R 3 mit Bezugspotential verbunden ist. Der gemeinsame Verbindungspunkt C der Widerstände R 2 und R 3 ist mit der Basis eines Transistors Ti verbunden, dessen Emitter unmittelbar an Bezugspotential und dessen Kollektor unmittelbar an den Aus-

gang der Steuerschaltung STangeschlossen ist Parallel zu dem Widerstand R 6 liegt ein Kondensator C3. Parallel zu dem Widerstand Ä 7 liegt ein Kondensator C 2. Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors 74 liegt die Serienschaltung eines Widerstandes/? 13 und eines Kondensators C 4. Ferner liegt parallel zur Kollektor-Basis-Strecke -Iss Leistungstransistors 74 die Serienschaltung einer Zenerdiode ZD 2 und eines Widerstandes R 8, während parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Leistungstransistors 74 ein Widerstand K 9 liegt. Das dem Kollektor des Leistungstransistors 74 zugewandte Ende der Primärwicklung L 1 der Zündspule Z ist über einen Widerstand Λ 11, einer Zenerdiode ZDi und eine Diode D 3 mit dem Schaltungspunkt 8 verbunden. Außerdem ist mit dem Kollektor des Leistungstransistors 74 der eine Anschluß der Sekundärwicklung L 2 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 R 4 noch eine Diode D 4 vorgesehen.

Die vorstehend anhand der F i g. 1 beschriebene Zündanlage arbeitet wie folgt:

Die Diode D1 dient als Verpolungsschutz, während der Widerstand R 1 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 74 steuert.

Die Stromregeleinrichtungen mit dem Meßwiderstand R 12, den Transistoren 71 bis 7*3 und ihren zugeordneten Bauelementen sowie mit der Serienschaltung D 3, ZDl und RU zwischen dem Kollektor des Leistungstransistors 74 — 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 R 12 zu einem entsprechenden Spannungsabfall geführt hat, durch die am Abgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen R 7 und R 10 entstehende Spannung der Transistor 7*3 leitend gesteuert, so daß über den Widerstand R 5 zur Basis des Transistors T2 ein Basisstrom fließen kann, durch den der Transistor 7*2 in den leitenden Zustand gelangt und nunmehr seinerseits über seinen Kollektorspannungsteiler mit den Widerständen R 2 und R 3 den bis dahin gesperrten Transistor Π in den leitenden Zustand steuert. Der Transistor 71 entzieht nunmehr dem bis dahin voll leitenden Leistungstransistor 74 seinen Basisstrom vollständig, so daß der Leistungstransistor 7*4 voll gesperrt wird und nicht nur, wid dies bisher üblich war, durch Schwächung des Basisstromes in einen Zustand geringerer Leitfähigkeit überführt wird.

Aufgrund der vollständigen Sperrung des Leistungstransistors 7*4 steigt der Strom über der Primärwicklung L 1 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 ZD 1 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 Transistor 71 über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T2 fließt, wird mit der Sperrung dieses Transistors piaktisch gleichzeitig auch der Transistor 7*1 in den nichtleitenden Zustand gebracht Nunmehr kann die Ausgangsspannung der Steuerschaltung St an der Basis des Leistungstransistors 7*4 wieder voll wirksam werden; der Leistungstransistor 7*4 wird also erneut in den voll leitenden Zustand geschaltet. Dabei springt der Strom durch den Leistungstransistor 7*4 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 74 zur Auslösung eines Zündvorganges endgültig gesperrt wird bzw. wenn er im Zündzeitpunkt gerade gesperrt war, gesperrt bleibt.

Bei der vorstehenden Erläuterung der Schaltung gemäß F i g. 1 wurde zunächst noch nicht berücksichtigt, daß parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors 7*4 die Serienschaltung des Widerstandes R 13 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 7*4 wesentlich vergrößert werden, was zu einer Verlängerung der Schaltzyklen und damit zu einer weiteren Reduzierung der Verlustleistung an dem Leistungstransistor 7*4 führt. Im einzelnen wird der Kondensator C 5 jeweils beim Sperren des Leistungstransistors 7*4 über den Widerstand R 13 aufgeladen und dann beim erneuten Durchschalten des Leistungstransistors 74 wieder entladen, wobei sich am Widerstand R 13 eine relativ hohe Verlustleistung ergibt, während am Leistungstransistor 74 nur noch reine Schaltverluste auftreten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung dienen der Widerstand R 6 und der dazu parallelgeschaltete Kondensator C3 als Mitkopplungszweig zur Verbesserung des Kippverhaltens, wenn der Transistor 73 bei Erreichen des Abschaltstroms leitend gesteuert wird und nunmehr seinerseits den Transistor 72 in den leitenden Zustand steuert. Andererseits verhindert der Kondensator C 2, daß nach der Sperrung des Leistungstransistors 74 aufgrund des Durchschaltens des Transistors 71 der Transistor 73 sofort wieder sperrt, da die Spannung über dem Meßwiderstand R 12 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 R 10 so dimensioniert, daß er den Transistor 73 im leitenden Zustand hält, bis der Transistor 72 in Abhängigkeit von der Spannung über der Primärwicklung L 1 über die Zenerdiode ZD 1 gesperrt wird. Schließlich ist noch zu erwähnen, daß die Zenerdiode ZD 2 und der Widerstand RS den Leistungstransistor 74 bei einem Zündvorgang gegen Überspannungen schützen und daß die Dioden D 2, D 3 und D 4 als Blockierdioden dienen, während der Widerstand R ti der Strombegrenzung beim Durchschalten der Zenerdiode ZD1 dient. Außerdem dient der Widerstand R 9 der Abführung der Ladungsträger beim Sperren des Leistungstransistors 74. Die vorstehend beschriebenen Zusammenhänge werden aus F i g. 2 noch näher deutlich, deren Teilfiguren 2a,

2b und 2c für eine bekannte Zündanlage mit Stromregelung den Strom /rüber den Leistungstransistor, die Verlustleistung P_v am Leistungstransistor und den Temperaturverlauf Ti am Leistungstransistor jeweils über der Zeit t zeigen, während die Teilfiguren 2d, 2e und 2f für eine erfindungsgemäße Zündanlage den zeitlichen Verlauf des Stroms /r durch den Leistungstransistor T 4, die Verlustleistung P_v am Leistungstransistor T 4 bzw. den Temperaturverlauf 71 am Leistungstransistor 7" 4 jeweils über der Zeit zeigen. Man erkennt, daß der Strom It, der bei der bekannten Zündanlage nach Erreichen eines Abschaltstroms l_a auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, bei der erfindungsgemäßen Zündanlage zwischen dem Abschaltstrom /_a und einem unteren Grenzstrom l_g 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 angedeutet ist, niemals völlig stromlos wird.

Während die lineare Stromregelung bei der bekannten Schaltung gemäß der Teilfigur 2b bis zum Erreichen des Abschaltstroms h eine der Sättigungsspannung des Leistungstransistors entsprechende kleine Verlustleistung P_s 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 /_a während der Sperrphasen über der der Sättigungsspannung entsprechenden Verlustleistung P₅ Verlustleistungsspitzen bis zu einer maximalen Verlustleistung P_max die noch höher ist als die Verlustleistung Ph. Andererseits sinkt die Verlustleistung zwischen diesen Verlustleistungsspitzen in den Phasen des Stromanstiegs, in denen der Leistungstransistor 7"4 voll leitend gesteuert wird immer wieder auf den Wert p_s ab, so daß sich im Mittel eine geringere Verlustleistung P_v ergibt Dies wird auch aus den Temperaturdiagrammen gemäß F i g. 2c und gemäß F i g. 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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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Für eine Brennkraftmaschine bestimmte Zündanlage mit einer Zündspule, deren Primärwicklung beim Speichern der Zündenergie nur in vorübergehenden Zeitabschnitten aus einer Stromquelle mit Strom versorgt wird, und zwar über einen als elektronischer Unterbrecher arbeitenden Leistungstransistor, ferner mit einer Steuerschaltung, durch welche der Leistungstransistor bei Speicherbeginn einschaltbar und bei Speicherende, d.h. im Zündzeitpunkt, ausschaltbar ist und schließlich mit einem Meßwiderstand, mit dessen Hilfe jeweils am Ende eines der oben erwähnten Zeitabschnitte der Leistungstransistor in den Sperrzustand gesteuert wird, und zwar in Abhängigkeit von einem Maximalwert des Stromes in der Primärwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Leisiungstransistor (T4) jeweils am Anfang eines der oben erwähnten Zeitabschnitte durch einen steuerbaren elektronischen Schalter (T'I) in den voll leitenden Zustand gebracht wird, und zwar dann, wenn die bei der Steuerung des Leistungstransistors (TA) in den Sperrzustand jeweils am Ende eines der Zeitabschnitte in der Primärwicklung (Li) induzierte Spannung einen vorgegebenen, noch keine Zündung bewirkenden Wert erreicht.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors (T4) die Serienschaltung eines Widerstandes (R 13) und eines Kondensators (C 5) vorgesehen ist.

3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare elektronische Schalter (Tt) ein Transistor ist, dessen Basis über eine den vorgegebenen Wert bestimmende Zenerdiode (ZD 1) mit dem dem Leistungstransistor (T4) zugewandten Anschluß der Primärwicklung (Li) Verbindung hat