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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine und
im Besonderen auf ein Zündsystem
für eine
Brennkraftmaschine, die einen Ein-Chip-IC verwendet.
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Ein
im Stand der Technik bekanntes Zündsystem,
wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Sho 64-45963 (1989)
offengelegt, besitzt eine Selbstabschaltfunktion, um Fehler in der
Dauer des Primärstroms
zu erfassen und dann den Schaltkreis zwangsläufig zu öffnen. Die Funktion besteht
darin, die durch einen Timer gesetzte Zeit zu zählen und den Primärstrom abzuschalten,
falls eine Bedingung eine voreingestellte Zeitdauer überschritten
hat.
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Der
oben beschriebene Stand der Technik betrifft ein Verfahren, um Fehler
aus der Dauer des Primärstroms
zu erkennen und benötigt
einen Timerschaltkreis. Die Verwendung des Timerschaltkreises verkompliziert
den Zündschaltkreis,
der einen Kondensator mit einer großen Kapazität benötigt um die Zeitkonstante zu
setzen, was zu dem Problem führt, dass
ein einzelner Chip nicht genug ist, um das Zündsystem zu bilden.
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In "Modern Electronic
Ignition in VIPower Technology" beschreiben
Palure und Kollegen einen integrierten Solid-State-Zündtreiberschaltkreis,
der entworfen wurde, um eine hochenergetische Spule unter der direkten
Steuerung durch einen Mikrocontroller zu betreiben.
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Die
US 4 854 292 beschreibt
ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine,
das eine Halbleiterschalteinrichtung enthält, die durch eine Steuereinheit
mit einem Einrastschaltkreis gesteuert wird.
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Dieses
Verfahren ist ineffektiv und nicht unbedingt zuverlässig, um
das Bersten des Leistungstransistors auf Grund eines plötzlichen
Aufheizens durch einen sprunghaft ansteigenden Leistungsbedarf,
der durch einen Batterieleitungsfehler entstehen kann, zu verhindern.
Des Weiteren stellt sich das Problem, dass Wiedererregung während des
ON-Zustands eines Zündsteuersignals
auftreten kann.
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Ferner
tritt das Problem auf, da der negative Anschluss für das Zündsteuersignal
des Zündschaltkreises
gemeinsam mit einem Masseanschluss verwendet wird, dass das elektrische
Potenzial an einem positiven Anschluss des Zündsteuersignals von der Referenzmasse
auf Grund einer Stromänderung
in dem Leistungssystem variiert, was dazu führt, dass es unmöglich ist,
eine Unterbrechung oder einen Kurzschluss am positiven Anschluss
des Zündsteuersignals
zu erkennen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein selbst diagnostizierendes
Zündsystem einer
Brennkraftmaschine vorzusehen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zündsystem
für eine
Brennkraftmaschine vorzusehen, das Wiedererregung während des
ON-Zustands des Zündsteuersignals
verhindern kann.
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In
einem Zündsystem
einer Brennkraftmaschine, das mit einer Primärspule und einem Zündstromkreis,
der entsprechend einem Zündsteuersignal
das Schließen
und Öffnen
eines Primärstromkrei ses,
in dem ein Primärstrom
zu der Primärspule fließt, steuert,
um eine Hochspannung auf der Sekundärseite zu erzeugen, versehen
ist, wird das oben beschriebene Ziel dadurch erreicht, dass der
Zündschaltkreis
aus einem Chip der einen bipolaren Transistor mit einem isolierten
Gate (IGBT) zur Steuerung des Schließens und Öffnens des Primärstromschaltkreises,
einen Strombegrenzungsschaltkreis zur Begrenzung des Stroms, der
in den Transistor fließt, und
einen thermischen Abschaltschaltkreis zum zwangsläufigen Abschalten
des Primärstroms
im Fehlerfall enthält,
besteht.
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In
einem Zündsystem
einer Brennkraftmaschine, das mit einer Primärspule und einem Zündstromkreis
versehen ist, der entsprechend einem Zündsteuersignal das Schließen und Öffnen des
Primärstromkreises,
in dem ein Primärstrom
zu der Primärspule
fließt,
steuert, um eine Hochspannung auf der Sekundärseite davon zu erzeugen, wird
die andere oben angegebene Aufgabe ebenso erfüllt, da der Zündschaltkreis
einen thermischen Abschaltschaltkreis zum zwangsläufigen Abschalten
des Primärstroms
im Fehlerfall und einen Einrastschaltkreis zur Arretierung des Ausgangs
des thermischen Abschaltschaltkreises enthält, wobei der Einschaltschaltkreis
gesetzt wird, wenn das Zündsteuersignal eingeschaltet
ist und ein Übertemperatursignal
detektiert wurde und zurückgesetzt
wird, wenn das Zündsteuersignal
ausgeschaltet ist.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist es zusätzlich zu der Schaltfunktion
von hohen Strömen
und der Strombegrenzungsfunktion des aus dem Stand der Technik bekannten
Zündsystems möglich, das
Zündsystem
in einem Chip mit einem Leistungstransistor-Schutzschaltkreis zum Schutz gegen ununterbrochene
Stromversorgung und sprungartigen Leistungsanstieg auszubilden.
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Durch
Verriegeln des thermischen Abschaltschaltkreises mit dem Einrastschaltkreis
ist es möglich,
einem versehentlichen Ein/Aus- schalten
der Torsteuerspannung des IGBTs während der ON-Zeit des Zündsignals
zu verhindern und ein Vibrieren des Primärstroms an der Spule zu verhindern.
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Des
Weiteren ermöglicht
das Vorsehen von vier externen Anschlüssen an dem Zündschaltkreis die
Auswirkungen von Massestromvariationen während der Dauer des Primärstrom-Ein/Aus-Betriebs auf
die Spule durch Aufteilen der Masse auf den negativen Anschluss
des Zündsteuersignals
und die Leistungsmasse zu reduzieren und so zuverlässig einen
Kurzschluss und eine offene Leitung am positiven Anschluss des Zündsteuersignals
zu erfassen.
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KURZE BESCHREIBUNDER
ZEICHNUNG
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Zündsystems
einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
ein Signalwellenformdiagramm, das den Betrieb eines konventionellen
Zündsystems zeigt.
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3 ist
ein Signalwellenformdiagramm, das den Betrieb eines Zündsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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4 ist
ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Zündsystems
einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 ist
ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Zündsystems
einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 ist
ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Zündsystems
einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden mit Bezug zu der beiliegenden Zeichnung beschrieben. 1 zeigt
eine Ausführungsform des
Aufbaus eines Zündsystems
einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Zündsystem
besteht aus einer Zündspule 1 und
einem Zündschaltkreis 11.
Der Zündschaltkreis 11 hat einen
IGBT 2 zum Schließen
und Öffnen
des Primärstromschaltkreises,
um einen Primärstrom
an eine Primärspule
der Zündspule
zu liefern, einen Stromerfassungsschaltkreis 3, um den
Primärstrom
zu erfassen, einen Strombegrenzungsschaltkreis 4, um den Primärstrom auf
einen voreingestellten Wert durch Steuerung der Gatespannung durch
den Stromerfassungsschaltkreis 3 zu limitieren, einen thermischen Abschaltschaltkreis 5 mit
einer Temperaturerfassungsfunktion, um die Chiptemperatur zu erfassen, um
den Primärstrom
abhängig
von den obigen Bedingungen zwangsläufig abzuschalten und zurückzusetzen,
einer Latchschaltung 6, um den Ausgang des thermischen
Abschaltschaltkreises 5 zu arretieren, einen Masseanschluss 10 der
Stromversorgung, einen negativen Anschluss für das Zündsteuersignal 9 und
einen Massenteilungsschaltkreis 7, um die Masse 10 der
Stromversorgung zu teilen. Der Zündschaltkreis 11 ist
ein Ein-Chip-IC, in den der IGBT 2, der Strombegrenzungsschaltkreis 4 und
der thermische Abschaltschaltkreis 5 integriert sind und
der vier externe Anschlüsse
enthält.
Das sind ein positiver Anschluss 8 des Zündsteuersignals,
der negative Anschluss 9 des Zündsteuersignals, der Masseanschluss 10 der
Stromversorgung und ein Ausgangsanschluss 12 der Primärspule.
Ein Widerstand 13 ist vorgesehen, um die Betriebsleistungsquelle
des oben be schriebenen Schaltkreises sicherzustellen, falls die
Gatespannung des IGBT 2 durch den thermischen Abschaltschaltkreis 5,
den strombegrenzenden Schaltkreis 4 und die Latchschaltung 6 eingeführt wird.
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Der
Betrieb des Einrastschaltkreises wird mit Bezug zu den 2 und 3 erklärt.
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2 zeigt
ein Zeitdiagramm eines allgemeinen thermischen Abschaltens, das
durch Zeit oder Hysteresis gesteuert wird.
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Wenn
das Zündsignal
ON (Hi) ist, wird der primäre
Spulenstrom zugeführt.
Wird, falls der Strom zugeführt
wird, eine durch Aufheizen im Voraus als zulässig gesetzte Elementtemperatur
erfasst, wird das IGBT-Gatesteuersignal ausgeschaltet (Low) und dann
wieder (Hi) nach Zeitablauf oder Hysteresis eingeschaltet (Hi),
wodurch wieder der Primärspulenstrom
zugeführt
wird. Wiederholtes Ausführen
dieses Vorgangs erzeugt eine Sekundärspannung der Zündspule
für mehrere
Zeitpunkte, was einem unveränderten
ON (Hi) Zustand des Zündsteuersignals
nicht entgegensteht.
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3 zeigt
ein Betriebsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter einer ähnlichen,
wie oben beschriebenen Bedingung, falls die erfasste Temperatur
den anfänglich
voreingestellten Wert erreicht, wird der thermische Abschalteinrastabschaltkreis
gesetzt, um das Zündsteuersignal
zu halten, bis von ON auf OFF geschalten wird und dann durch Schalten des
Signals von ON nach OFF zurückgesetzt
wird. Dieser Betrieb ermöglicht
einen wiederholten Primärstrom
ON/OFF-Betrieb zu
vermeiden, wenn sich das Zündsteuersignal
in einem ON-Zustand
ist, der im konventionellen Beispiel auftritt befindet, wobei ungewolltes
Auftreten von Sekundärspannungen
in der Spule verhindert wird.
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Einfügen des
Massenteilungsschaltkreises 7 teilt den negativen Anschluss 9 des
Zündsteuersignals
von dem Masseanschluss 10, um so das elektrische Potenzial
an dem positiven Anschluss 8 des Zündsteuersignals in Bezug auf
den negativen Anschluss 9 des Zündsteuersignals zu stabilisieren,
um so eine zuverlässige
Erfassung eines Kurzschlusses und einer offenen Leitung am positiven
Anschluss des Zündsteuersignals
zu erfassen.
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Angenommen,
dass der Masseanschluss nicht geteilt ist, variiert der Primärstrom an
der Zündspule 1 im
Bereich von 0 bis 10 A, selbst wenn der Leitungswiderstand am Masseanschluss
auf 0,05 Ω gesetzt
ist, schwankt der Primärstrom
demnach um 0,5 V; daher, wenn eine Referenz auf den Masseanschluss 10 gesetzt
wird, wird das elektrische Potenzial am positiven Anschluss 8 des
Zündsteuersignals durch
die Variation des Massepotenzials beeinflusst, was es unmöglich macht,
eine offene Leitung oder einen Kurzschluss am positiven Anschluss
des Zündsteuersignals
zu erkennen.
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4 und 5 zeigen
Beispiele des Massenteilungsschaltkreises. In 4 ist
der Massenteilungsschaltkreis aus einer Diode gebildet, die in Vorwärtsrichtung
mit der Masse der Spannungsversorgung der Zündsteuersignalmasse verbunden
ist, wodurch der Effekt unterbunden wird, dass ein großer Strom
von der Signalmasse in die Masse der Spannungsversorgung fließt. 5 zeigt
einen Masseteilungsschaltkreis, der aus einem Widerstand besteht, indem
ein Widerstand zwischen der Zündsignalmasse
und der Masse der Spannungsversorgung eingefügt wird, wobei der Effekt eines
hohen Stromflusses in die Masse der Spannungsversorgung von der
Signalmasse vermindert wird.
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6 zeigt
ein weiteres Beispiel des Zündsystems
einer Brennkraftmaschine von 1. Der Schaltkreisaufbau
ist im Wesentlichen der gleiche wie in 1; im Zündsystem
von 1 ist der Masseteilungs schaltkreis 7 zwischen
dem Stromerfassungsschaltkreis 3 und der Masse 10 der
Stromversorgung angeordnet, während
im Zündsystem
von 6 der Masseteilungsschaltkreis 7 zwischen
dem Stromerfassungsschaltkreis 3 und dem negativen Anschluss 9 des
Zündsteuersignals
vorgesehen ist. Entsprechend diesem Aufbau, wenn der erfasste Primärstrom,
der in den Stromerfassungsschaltkreis 3 fließt, mehrere
10 mA erreicht, ist es im Besonderen möglich, den Stromfluss an den
negativen Anschluss 9 des Zündsteuersignals zu verhindern
und gleichzeitig die Auswirkungen des erfassten Primärstroms zu
unterdrücken,
wodurch die Einstellung des Betriebsbereichs des Stromsteuerschaltkreises
erleichtert wird. Der in 4 und 5 gezeigte
Masseteilungsschaltkreis wird auch in dem Zündsystem von 6 verwendet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
Fehler durch Arretieren des Ausgangs des thermischen Abschaltschaltkreises
zu verhindern. Es ist ebenso möglich
Wiedererregung, während
das Zündsteuersignal
ON ist, durch Setzen des Einrastschaltkreises, wenn das Zündsteuersignal
eingeschaltet ist, und durch Zurücksetzen
des Einrastschaltkreises, wenn das Zündsteuersignal ausgeschaltet
ist, zu verhindern.