DE3041525A1

DE3041525A1 - Zuendanlage fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3041525A1
Application number: DE19803041525
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 7132 Illingenburg Harter; Günter Dipl.-Ing. 7257 Ditzingen Hönig; Uwe Dipl.-Ing. Dr. 7140 Ludwigsburg Kiencke; Imanuel Dipl.-Ing. 7151 Erbstetten Krauter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-11-04
Filing date: 1980-11-04
Publication date: 1982-06-16
Also published as: DE3041525C2; FR2493410A1; FR2493410B1

Description

»β ν

η. 5632

16.10.1980 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH₃ TOOO STUTTGART 1

Zündanlage für Brennkraftmaschinen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Zündanlage ist schon aus der DE-OS 2 9^8 6k5 bekannt, wo der primärseitige Strom der Zündspule erfaßt und in Abhängigkeit davon die Basisansteuerung des Endstufentransistors geregelt wird. Dies erfolgt durch Ableiten eines bestimmten Anteils des der Basis von einem nicht näher dargestellten Treibertransistor zugeführten Stroms nach Masse. Dies bedingt jedoch einen unerwünschten Verlustfaktor.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch direkte Regelung des Basisstroms des Endstufentransistors keine Ableitung eines Anteils mehr erforderlich ist, so daß der Basisstrom jeweils minimal eingestellt werden kann. Die Ansteuerleistung kann auch unabhängig von Einflußparametern (z.B. Temperatur, Spannungsversorgung usw.) minimal gehalten werden. Die Verlustleistung - auch eines Regel- bzw. Treibertransistors - reduziert sich auf ein Minimum.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist die Erfassung des Sättigungszustands des Endstufentransistors über den Zündspulenprimärstrom (durch Erfassung über eine Stromspiegelschaltung oder durch induktive Erfassung) oder durch Abgriff der Kollektorspannung bzw. der Differenz von Kollektorspannung und Basisspannung des Endstufentransistors. Bei der ersten Methode wird dabei der Zündspulenprimärstrom direkt erfaßt ohne daß eine Verlustleistung durch einen Strommeßwiderstand in Kaufgenommen werden muß. Der Erfassung des Zündspulenpri-

märstroms über eine Stromspiegelschaltung wird dabei auch selbstständige erfinderische Bedeutung zugemessen.

Besonders vorteilhaft ist es auch, einen eventuellen Anstieg der Verlustleistung trotz Regelung wirksam durch eine Grenzwerterkennungsstufe zu verhindern, die in den Regelkreis eingreift und bei Überschreiten eines Grenzwerts den Endstufentransistor sperrt. Hierzu wird

.X

kostengünstig die bereits für den Regelkreis -vorhandene Vorrichtung sur Erfassung des Sättigungszustands verwendet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, als zusätzliche Sicherheit auch für den Basisstrom des Endstufentransistors eine Grenzwerterkennungsstufe vorzusehen, deren Signal als Abschaltsignal ebenfalls in den Regelkreis eingreift.

Um beim Einschalten des Regelkreises durch ein Zündstuersignal nicht in unerwünschter Weise eine sofortige Abschaltung aufgrund von Anlaufbedingungen zu erreichen, ist eine Einschaltverzögerungseinrichtung für die Grenzwert erkennungsstufe vorgesehen. Zur weiteren Reduzierung der Verlustleistung dient auch ein Regelkreis im Basisstromkreis des Endstufentransistors, der die Kollektor-Emitterspannung des Regeltransistors um einen geringen Betrag über seiner Sättigungsspannung einstellt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Über eine Klemme 10 ist ein Zündsteuersignal einer Geberanordnung bzw. eines Zündungsrechners einem Differenzierglied 11, einem NAND-Gatter 12 sowie einem vorzugsweise als monostabile Zeitstufe ausgebildeten Zeitglied 13 zugeführt. Der Ausgang des Differenzierglieds 11 ist mit dem Rücksetseingang R eines Flipflops 1k verbunden,

dessen Ausgang an den invertierenden Eingang eines als Regelver'stärker geschalteten Operationsverstärkers 15 angeschlossen ist. Der Ausgang des NAND-Gatters 12 ist an den Setzeingang S des Flipflops 1k angeschlossen. Der Ausgang des Zeitglieds 13 ist über ein ODER-Gatter 16 mit einem weiteren Eingang des NAND-Gatters 12 verbunden. Der Ausgangs des Operationsverstärkers 15 ist mit der Basis eines Regel- bzw. Treibertransistors 17 verbunden, dessen Kollektor an den Ausgang eines Spannungsreglers 18 und dessen Emitter über einen Strommeßwiderstand 19 an die Basis eines Endstufentransistors 20 sowie eines Stromspiegeltransistors 21 angeschlossen ist. Die am Strommeßwider stand 19 abgegriffene Spannung ist einer ersten Grenzwerterkennungsstufe 29 zugeführt, deren Ausgang mit einem weiteren Eingang des NAND-Gatters 12 verbunden ist. Die Schaltstrecke des Endstufentransistors ist in bekannter Weise in den Primärstromkreis einer Zündspule 22 geschaltet, deren Sekundär Stromkreis wenigstens eine Zündkerze 23 enthält. Die Kollektorspannung des Endstufentransistors 20 ist über einen Widerstand 2k sowohl dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15s vie auch einer zweiten Grenzwerterkennungsstufe 25 zugeführt, deren Ausgang an einem weiteren Eingang des ODER-Gatters 16 angeschlossen ist. Der Stromspiegeltransistor 21 bildet zusammen mit dem Endstufentransistor 20 eine Stromspiegelschaltung, d.h., die Basen und die Emitter sind jeweils miteinander verbunden. Eine Versorgungsspannung ist über eine Klemme 26 und einen Strommeßwiderstand 27 dem Kollektor des Stromspiegeltransistors 21 zugeführt. Stromspiegelschaltungen sind z.B. aus der DE-OS 27 38 897 bekannt. Die am Strommeßwiderstand 27 abgegriffene Spannung ist einer dritten Grenzwerterkennungsstufe 28 zugeführt, deren Ausgang an einen weiteren Eingang des ODER-Gatters 16 angeschlossen ist.

Durch die Anstiegsflanke eines Zündsteuersignals an der Klemme 10 wird über das Differenzierglied 11 ein Rücksetzsignal für das Flipflop 1^ erzeugt. Dadurch -wird ein niederes Ausgangspotential dem Operationsverstärker 15 zugeführt, worauf der Regeltransistor 17 stromleitend gesteuert wird und einen Basisstrom dem Endstufentransistor 20 zuführt, worauf dieser ebenfalls stromleitend wird und einen Zündspulenprimär strom zuläßt. Die Kollektorspannung des Transistors 20 ist über den Widerstand 2k dem Operationsverstärker 15 rückgeführt, wodurch die beschriebene Anordnung als Regelkreis arbeitet. Der Basisstrom für den Transistor 20 wird dabei so eingestellt, daß eine vorgegebene Soll-Kollektorspannung des Endstufentransistors 20 eingestellt wird. Die Einstellung erfolgt dabei so, daß der Endstufentransistor 20 etwas oberhalb seiner Sättigung arbeitet. Dies dient zur Erzielung einer möglichst geringen Verlustleistung, und erlaubt somit die Wahl eines gering dimensionierten Endstufentransistors, dem nur ein sehr geringer Basisstrom zugeführt werden muß. Die erfaßte Kollektorspannung wird dabei als Maß für den Sättigungszustand des Endstufentransistors 20 genommen. Eine bessere Erfassung dieses Sättigungszustands kann gemäß der DE-OS 29 ^8 6k5 durch Differenzbildung der Kollektorspannung mit der Basisspannung des Endstufentransistors 20 erfolgen. Vorteilhaft dafür ist auch die induktive Erfassung über die Stromspiegelschaltung 20, 21, 27. Wird die letzte Möglichkeit gewählt, so muß natürlich der Spannungsabgriff des Strommeßwiderstands 27 mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 verbunden werden; der Widerstand 2k ist dann nicht mehr mit diesem Eingang verbunden. Diese Methode zur Erfassung des Sättigungszustands des Endstufentransistors 20 erlaubt eine vollständige Integration der benötigten Schaltmittel 27, 20, 21.

.9.

Es können nun Spannungsverhältnisse eintreten, die trotz der Regelung einen Anstieg der Kollektor spannung des Endstufentransistors 20 bewirken, so daß er weit oberhalb der Sättigungsgrenze "betrieben und die Verlustleistung zu stark ansteigen würde. Wenn dieser unerwünschte Grenzwert überschritten wird, so spricht die Grenzwerterkennungsstufe 25 an, wobei deren Ausgang auf ein O-Signal umschaltet. Dieses O-Signal bewirkt über das ODER-Gatter 16 und das NAND-Gatter 12 ein Setzen des Flipflops 1^. Der Ausgang des Flipflops 1U wechselt dabei zu einem so hohen Potential, daß der Regeltransistor 17 über den Operationsverstärker 15 gesperrt wird. Dies bewirkt gleichzeitig eine Sperrung des Endstufentransistors 20. Es wird dadurch praktisch eine Uotzündung zur Vermeidung hoher Verlustleistung bewirkt. Zur exakten Einstellung der beiden Sollwerte am Ausgang des Flipflops 1k (gesetzes bzw. rückgesetztes Flipflop) können natürlich noch in der Zeichnung nicht näher dargestellte Spannungsteiler vorgesehen werden.

Der Zündspulenprimärstrom kann - wie bereits ausgeführt auch durch die Stromspiegelschaltung 20, 21 erfaßt werden. Eine Stromspiegelschaltung basiert auf dem Prinzip, daß bei zusammengeschalteten Basen und Emittern zweier Transistoren deren Kollektorströme gleich groß sein müssen, vorausgesetzt, daß es sich um gleiche Transistoren handelt. Um nun den hohen Kollektorstrom des Transistors 20 im Stromspiegeltransistor 21 zu reduzieren, weist dieser eine wesentlich kleinere Kollektorfläche auf. Bei einem Verhältnis der Kollektorflächen von 10 zu 1 fließt somit durch diesen Transistor 21 nur 1/10 des Zündspulenprimärstroms. Dieser geringere Stromfluß erzeugt im

./to-

Strommeßwiderstand 27 einen Spannungsabfall, der in der Grenzwerterkennungsstufe 28 ausgewertet wird, überschreitet dieser Stromfluß ein höchstzulässiges Maß, so erfolgt gemäß vorheriger Beschreibung eine Abschaltung des Endstufentransistors 20 durch Setzen des Flipflops 1k.

Bei der weiteren, nicht näher dargestellten Methode zur Erfassung des Zündspulenprimärstroms ohne Strommeßwiderstand im Primärstromkreis durch induktiven Abgriff wird um die Verbindungsleitung zwischen dem Kollektor des Endstufentransistors 20 und der Zündspule 22 eine .Meßspule gelegt, die eine rechteckige Magnetisierungskurve besitzt. Durch einen durch diese Meßspule geleiteten Gleichstrom wird eine Verschiebung der Magnetisierungskurve vorgenommen. Beim Durchlaufen dieser Magnetisierungskurve entsteht dann ein Spannungssprung, der sich mittels einer weiteren Grenzwerterkennungsstufe auswerten läßt. Vorteilhaft läßt sich dieser Gleichstrom auch durch einen zusätzlichen Wechselstrom überlagern, um auch bei langsam ansteigendem Meßspulenstrom eine eindeutige Erkennung zu erhalten. Zur Verschiebung der Magnetisierungskurve kann natürlich auch ein Dauermagnet verwendet werden.

Die verschiedenen Methoden zur direkten oder indirekten Erfassung des Zündspulenprimärstroms bzw. des Sättigungszustands des Endstufentransistors 20 können alternativ oder additiv verwendet werden. Ebenso können die jeweils erhaltenen Meßwerte alternativ als Istwert dem Regelkreis zugeführt werden.

ο ο 3

Über den Strommeßwiderstand 19 wird der Basisstrom des Endstufentransistors 20 überwacht. Dies stellt eine weitere Sicherung für die Endstufe dar. Überschreitet dieser Basisstrom den Grenzwert der Grenzwerterkennungsstufe 29» so erfolgt gemäß vorheriger Beschreibung eine Abschaltung des Endstufentransistors 20 über das Flipflop 1k. Da nach Einschalten des Regelkreises durch Rücksetzen des Flipflops 1^ eine gewisse Einschaltzeit verstreicht, während der z.T. Undefinierte Verhältnisse in den Bauelementen vorliegen, ist das Zeitglied 13 als Einsehaltverzögerungseinrichtung vorgesehen. Dieses Zeitglied 13 wird mit der Anstiegsflanke des Zündsteuersignals getriggert und erzeugt während einer bestimmten Verzögerungszeit ein ausgangsseitiges 1-Signal. Dieses 1-Signal verhindert während dieser Verzögerungszeit Auswirkungen von Ausschalt O-Signalen an den Ausgängen der Grenzwerterkennungsstufen 25 und 28.

Bei Überwachung mehrerer Grenzwerte können diese in bekannter Weise einem rechnergesteuerten Multiplexer zugeführt werden. Über ein Latch werden dann entsprechend die einzelnen Regel- und Abschaltfunktionen gesteuert. Die verschiedenen Schwellen bz-w. Grenzwerte sind in einem Speicher des Rechners enthalten. Entsprechend erfolgt .über einen Komparator die Steuerung des Latch.

Anstelle der Überwachung einer Endstufe einer Zündanlage können erfindungsgemäß natürlich auch andere Endstufen überwacht werden, z.B. Endstufen für die Steuerung von Einspritzventilen einer Kraftstoffeinspritzanlage.

Der Spannungsregler 18 setzt die Versorgungsspannung in eine Spannung um, durch die die Kollektor-Emitterspannung des Regeltransistors 17 auf einen Wert reduziert wird, der geringfügig über der Sättigungsspannung dieses Transistors liegt. Hierdurch erhält man eine gute Verstärkung dieses Transistors bei geringer Verlustleistung.

Claims

R. 66 3 2

16.10.1980 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

( 1.)Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Regelkreis zur Regelung des Basisstroms des Endstufentransistors im Primär Stromkreis der Zündspule in Abhängigkeit seines Sättigungszustands, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitterstrecke eines Regeltransistors (17) in den Basisstromkreis des Endstufentransistors (20) geschaltet ist, wobei die Basisansteuerung dieses Regeltransistors (17) sowohl durch den Regelverstärker (I5) des Regelkreises, wie auch durch das Zündsteuersignal erfolgt und daß durch den Regelkreis der Endstufentran-"sistor (20) etwas oberhalb seiner Sättigung geregelt wird.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündsteuersignal über den Regelverstärker (15) durch Sollwert-Umschaltung auf die Basis des Regeltransistors einwirkt.

ORIGINAL SHSP

-Z-
3. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Sättigungszustands des Endstufentransistors (17) die Kollektorspannung dieses Endstufentransistors (20) abgegriffen wird.
k. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Sättigungszustands des Endstufentransistors (21) die Differenz seiner Kollektorspannung zu seiner Basis spannung gebildet wird.
5. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Sättigungszustands des Endstufentransistors (20) der Zundspulenprimarstrom erfaßt -wird.
6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Zündspulenprimärstroms dieser induktiv abgegriffen wird.
7. Zündanlage, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Zündspulenprimärstroms dieser über eine Stromspiegelschaltung des Endstufentransistors (20) mit einem zweiten Transistor (21) abgegriffen wird, wobei der zweite Transistor (21) eine wesentlich geringere Kollektorfläche aufweist.

_ ο
8. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Grenzwerterkennungsstufe (25, 28) für den Sättigszustand des Endstufentransistors (20) vorgesehen ist, die in den Regelkreis eingreift und bei Überschreiten eines Grenzwerts den Endstufentransistor (20) sperrt.
9. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grenzwerterkennungsstufe (29) für den Basisstrom des Endstufentransistors (20) vorgesehen ist, die in den Regelkreis eingreift und bei Überschreiten eines Grenzwerts den Endstufentransistor (20) sperrt.
10. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch ein Zündsteuersignal triggerbare Einschaltverzögerungseinrichtung (13) für wenigstens eine Grenzwerterkennungsstufe (25, 28) vorgesehen ist.
11. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung des Regeltransistors (17) über einen Spannungsregler (18) erfolgt, der die Kollektor-Emitterspannung des Regeltransistors (17) etwas über der Sättigungsspannung.einstellt,