DE4331986A1 - Schaltungsanordnung zum Überwachen der Betriebsspannung in einer Kfz-Zündung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen der Betriebsspannung in elektronischen Zündan­ lagen für Verbrennungsmotoren.

Unterbricht man den Primärstrom IPR in einer Zündspule, etwa durch Steuerung eines mit der Primärseite der Zünd­ spule in Reihe geschalteten Leistungs-Transistors in den nichtleitenden Zustand, so entsteht am Kollektor des Lei­ stungs-Transistors eine steil ansteigende Induktionsspan­ nung. Der Induktionsspannungsstoß auf der Primärseite der Zündspule wird mit ihrem Übersetzungsverhältnis auf Werte hochtransformiert, die auf der Sekundärseite zu einem Funkenüberschlag an der Zündkerze führen.

Störungen, die der Batteriespannung überlagert sind und zu einem kurzzeitigen Einbruch der Versorgungsspannung der Zündung führen, können unter bestimmten Voraussetzun­ gen ebenfalls einen Zündfunken gemäß dem oben beschriebe­ nen Ablauf hervorrufen. Zu den Fehlerursachen, die zu ei­ ner solchen Fehlzündung führen, gehören z. B. eine nicht festsitzende Anschlußklemme an der Fahrzeugbatterie oder ein kurzzeitiges Öffnen des Betriebschalters.

In modernen Fahrzeugen, die mit einem Abgas-Katalysator ausgerüstet sind, gilt es Fehlzündungen unbedingt zu ver­ meiden, um nicht die Lebensdauer des Katalysators herab­ zusetzen. Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Schal­ tungsanordnung zum Überwachen der Betriebsspannung in Zündanlagen anzugeben, die bei kurzzeitigen Einbrüchen der Versorgungsspannung Fehlzündungen verhindert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die vorteilhafte Aus­ gestaltung erfolgt gemäß den Merkmalen der abhängigen An­ sprüche.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß eine Überwachung der Versorgungsspannung erfolgt und daß für den Fall einer zu niedrigen Spannung ein durch die Zünd­ spule fließender Strom abgeschaltet wird, ohne daß ein Zündfunke entsteht.

Die Abschaltung erfolgt durch eine Rückkoppelschleife, die die Primärspannung der Zündspule bzw. die Kollektor­ spannung des Leistungs-Transistors auf entsprechend kleine Werte begrenzt.

Damit die Rückkoppelschleife auch bei fehlender Versor­ gungsspannung arbeitet, bezieht sie ihre Speisespannung aus der induzierten Primärspannung der Zündspule.

Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Schaltungsanord­ nung nach der Erfindung,

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Zündanlage mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Betriebsspannung einer Zündanlage. Im allgemeinen ist diese Schaltungsanordnung zusammen mit der Treiberstufe der Zündung auf einem gemeinsamen Schaltkreis IC integriert.

Die Treiberstufe erzeugt die Ansteuersignale für den Lei­ stungstransistor TL, der den Primärstrom der Zündspule steuert. Auf sie soll hier nicht näher eingegangen werden. Die Ansteuersignale werden am Punkt A dem Lei­ stungstransistor und der Schaltungsanordnung zugeführt.

Ein erster Spannungsteiler R1, R2 überwacht die Versorgungsspannung UBAT der Zündung. Hierzu ist das eine Ende des Spannungsteilers R1, R2 mit der Versorgungsspannung UBAT und das andere Ende mit dem Massepotential verbunden. Der Mittenabgriff ist mit der Basis eines ersten Transistors T1 verbunden. Der Spannungsteiler ist beispielsweise so dimensioniert, daß bei Versorgungsspannungen UBAT unter 3V der erste Transi­ stor T1 nicht mehr leitend gehalten wird. Bei größeren Versorgungsspannungen UBAT befindet sich der erste Transistor T1 im leitenden Zustand.

Einem zweiten Spannungsteiler R3, R4 wird die Kollektorspannung UC des Leistungstransistors, also die Primärspannung der Zündspule ZS, zugeführt. Die redu­ zierte Primärspannung UC wird über eine Eingangsdiode D dem Kollektor eines zweiten Transistors T2 zugeführt. Die reduzierte Primärspannung kann außerdem von der Treiber­ stufe zur Überwachung der Zündkerze genutzt werden. Die Basis des zweiten Transistors ist einerseits über einen weiteren Widerstand R5 mit seinem Kollektor und ander­ seits mit dem Kollektor des ersten Transistors T1 verbun­ den.

Der Emitter des zweiten Transistors ist mit der Basis des Leistungstransistor, der Emitter des ersten Transistors ist mit dem Massepotential verbunden.

Im Normalbetrieb ist die Versorgungsspannung UBAT genü­ gend groß um den ersten Transistor T1 über den Spannungs­ teiler R1, R2 anzusteuern. Die Primärspannung UC, die über den zweitem Spannungsteiler R3, R4 dem zweiten Transistor T2 zugeführt wird, bleibt ohne Wirkung, da dessen Basis vom ersten Transistor auf Massepotential gehalten wird.

Fällt die Versorgungsspannung UBAT auf einen Wert ab, bei dem der erste Transistor nicht leitend gehalten werden kann, so führt eine mögliche Induktionsspannung an der Primärseite der Zündspule zu einer Ansteuerung der Basis des zweiten Transistors T2. Dadurch wird der zweite Tran­ sistor T2 leitend und steuert den Leistungstransistor auf. Es entsteht eine Rückkoppelschleife, die zu einer Spannungsbegrenzung am Kollektor des Leistungstransistors TL führt.

Mit geeigneter Dimensionierung des zweiten Spannungstei­ lers R3, R4 läßt sich eine niedrige Klemmspannung (Begrenzungsspannung) einstellen, bei der eine funken­ freie Stromabschaltung erfolgt.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Zündanlage für Verbrennungsmotoren mit einer Schaltungsanordnung zur Überwachung der Versorgungsspannung. Es handelt sich hierbei um eine Zündanlage für einen Vierzylindermotor mit einer ruhenden Hochspannungsverteilung. Jeweils zwei Zylinder werden mit einer Doppelzündspule gleichzeitig gezündet. Ihre Arbeitsphasen sind dabei um 360° verschoben, so daß die Zündung beim einen Zylinder in den Arbeitstakt und beim anderen in den Ausstoßtakt fällt. Eine Ansteuereinheit 1, deren Kern von einem Mi­ kroprozessor µP gebildet wird, erzeugt in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung und weiterer Motordaten die beiden Steuersignale UH1, UH2. Die Zündendstufe 2 umfaßt die Treiberstufe 3 und die eigentlichen Leistungsendstufen mit den Leistungstransistoren TL, TL′ und den Primärkreisen der Zündspulen ZS, ZS′.

Eine Eingangsstufe 5 setzt die von der Ansteuereinheit 1 kommenden Steuersignale UH1, UH2 in die Basisströme für die beiden Leistungstransistoren um. Die Primärspannungen der beiden Zündspulen ZS, ZS werden über je einen Span­ nungsteiler R3, R4; R3′, R4′ der Treiberstufe zugeführt. Die Dioden D, D′ bilden ein eingangsseitiges Oder-Gatter für diese Spannungen. Zur Begrenzung der maximalen Pri­ märspannungen UC, UC′ sind die beiden Dioden D, D′ mit einem weiteren Spannungsteilern bestehend aus den Widerstän­ den R5 und R6 verbunden. Die derart reduzierte Primär­ spannung wird von einem Komparator K1 mit einer Referenz­ spannung UREF verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs wird der Eingangsstufe 5 zugeführt und dort zur Regelung der Leistungstransistoren TL, TL′ herangezogen.

Die Schaltungsanordnung der Fig. 1 ist in der Fig. 2 durch den Block mit dem Bezugszeichen 6 repräsentiert. Jedem Leistungstransistor ist eine eigene Rückkoppel­ schleife zugeordnet. Da die Zündspulen ZS, ZS′ seriell angesteuert werden, kann die reduzierte Primärspannung zusammengefaßt werden und den einzelnen Rückkoppel­ schleifen zusammen zugeführt werden.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zum Überwachen der Versorgungs­ spannung (UBAT) einer Zündanlage, wobei die Zündanlage mindestens eine Zündspule (ZS) umfaßt, deren Primärstrom (IPR) von einem Leistungstransistor (TL) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkoppelschleife vorgesehen ist um die Primärspannung (UC) auf einen Wert zu begrenzen bei dem auf der Sekundärseite der Zündspule (ZS) kein Zündfunke entsteht, wenn die Versorgungsspannung unter einen bestimmten Wert abfällt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkoppelschleife ihre Arbeits­ spannung aus der Primärspannung (UC) der Zündspule (ZS) beziehen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsüberwachung durch einen ersten Transistor erfolgt, dessen Basis die durch einen ersten Spannungsteiler (R1, R2) reduzierte Versorgungsspannung zugeführt wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkoppelschleife einen zweiten Transistor (T2) aufweist, dessen Emitter mit der Basis des Leistungstransistors (TL), dessen Basis einer­ seits über die Kollektor-Emitter Strecke des ersten Tran­ sistors (T1) mit dem Massepotential und anderseits über einen weiteren Widerstand (R5) mit seinem Kollektor ver­ bunden ist, dessen Kollektor die durch einen zweiten Spannungsteiler (R3, R4) reduzierte Primärspannung (UC) der Zündspule (ZS) zugeführt wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode vorgesehen ist, die zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) und dem zweiten Spannungsteiler angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zündanlage mit meh­ reren Zündspulen (ZS, ZS′) für jede Zündspule eine Rückkoppelschleife vorgesehen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie gemeinsam mit der Trei­ berstufe (3) der Zündung integriert ist.