EP0218029A1 - High voltage capacitive ignition device for an internal-combustion engine - Google Patents
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- EP0218029A1 EP0218029A1 EP86110629A EP86110629A EP0218029A1 EP 0218029 A1 EP0218029 A1 EP 0218029A1 EP 86110629 A EP86110629 A EP 86110629A EP 86110629 A EP86110629 A EP 86110629A EP 0218029 A1 EP0218029 A1 EP 0218029A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P3/00—Other installations
- F02P3/06—Other installations having capacitive energy storage
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- F02P3/0876—Layout of circuits the storage capacitor being charged by means of an energy converter (DC-DC converter) or of an intermediate storage inductance
- F02P3/0884—Closing the discharge circuit of the storage capacitor with semiconductor devices
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- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
- F02P15/12—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having means for strengthening spark during starting
Definitions
- the invention relates to a high-voltage capacitor ignitor of the type mentioned in the preamble of claim 1.
- Such an igniter is e.g. known from the book "Modern Electronic Circuits Manual” McGraw-Hill Book Company, 1980, page 83.
- the primary winding of a transformer is connected in series with the thyristor discharging the ignition capacitor, the secondary winding of which drives a further thyristor in order to generate a pulse for switching off the voltage converter.
- the duration of this switch-off pulse must be so long that an early restart of the voltage converter is delayed as long as the main thyristor is conductive or ionized.
- the thyristor immediately carries current again, without this having to be triggered by an ignition pulse at its gate electrode.
- the switch-off time for the voltage converter must therefore be chosen so long that the thyristor certainly deionizes again after the maximum possible high voltage has been discharged at the ignition capacitor, i.e. after the maximum possible current has flowed through the thyristor, i.e. is completely blocked before the voltage converter can be switched on again to recharge the ignition capacitor.
- the duration of the switch-off pulse for the voltage converter is changed as a function of the ignition frequency, so that the switch-off duration of the voltage increases as the frequency increases to reduce transducer.
- this takes place via the transformer in the circuit of the thyristor, which, as soon as a pulse has been triggered, triggers the second thyristor, whereupon this transmits a switch-off pulse delayed by an RC combination to the NAND elements.
- the switch-off time is shorter with a higher frequency, but it can only represent an approximation of the actual conditions at the main thyristor, which, with some safety margin, must always be greater than the physically absolutely possible minimum time. Since, as is well known, the transformer can only transmit current changes, it is not possible to see in this known circuit how a faulty tripped thyristor should come out of its permanently on state, provided its holding current is not interrupted by switching off the voltage source. It should also be noted that the discharge time of the ignition capacitor depends essentially on the impedance of the ignition coil.
- the switch-off time would either have to be based on the greatest possible impedance of an ignition coil that might be used, or the device had to be optimized each time for the ignition coil to be used, production tolerances of the ignition coil also playing a role here .
- the switch-off time must be adjusted each time by RC tuning.
- the object of the invention is to develop an ignition device of the type mentioned in the preamble of claim 1 in such a way that the voltage source is only switched off for as long as the thyristor actually, even under constantly changing working conditions, in its conductive or still ionized operating state is, which should be as short as possible, and that changes in performance-determining components of the device and external ignition system have no influence on the optimal switch-off time of the voltage source, since the switch-off time adapts at any time.
- the voltage occurring at the gate electrode of the thyristor is directly monitored with the aid of at least one comparator and compared with a reference voltage.
- the invention makes use of the knowledge that the voltage occurring at the gate electrode provides information at all times about the current operating state of the thyristor. This is because the voltage occurring at the gate electrode only reaches its constant quiescent voltage of approx. ⁇ 1 mV when the thyristor deionizes, i.e. is completely locked. In this state, the thyristor can only be turned on again if it receives a sufficiently large pulse at its gate electrode. With the aid of the at least one comparator, an output signal that switches off the voltage source can therefore only be generated for as long as the thyristor is conductive or ionized. However, the voltage source is only switched off for as long as is absolutely necessary for physical reasons.
- switch-off times of the voltage source extend the usable charging times for the ignition capacitor, so that higher ignition frequencies or a higher ignition voltage UC can be achieved in the upper speed range.
- the switch-off time adjusts component changes optimally, e.g. after changing the ignition coil impedance and the associated change in spark duration.
- the ignitor according to the invention is also very insensitive to interference, since the conductive monitoring of the gate electrode detects a conductive or ionized state of the thyristor even if this state should be initiated incorrectly, i.e. not due to an ignition pulse given to the gate electrode.
- a faulty thyristor that is permanently conductive and thus short-circuits the voltage source has a voltage of approximately 600 millivolts on its gate electrode. Even in such a state, the output signal of the at least one comparator switches off the voltage source, as a result of which the holding current for the thyristor is interrupted and the thyristor is therefore blocked.
- the thyristor can be switched off in an accelerated manner by a series circuit bridging the primary winding of the ignition coil, which is formed from a diode and a parallel circuit from a resistor and a choke coil. This takes place in detail in that a small pulse is derived from the positively polarized return pulse generated by the ignition coil, which in turn charges the ignition capacitor in reverse polarity. After this small pulse has subsided, the ignition capacitor with the opposite polarity is applied to the anode-cathode path of the thyristor. This causes accelerated deionization or blocking of the thyristor.
- the majority of the return pulse is fed back to the ignition coil via the diode and the very low-resistance DC resistance of the choke coil and the resistor connected in parallel. Despite taking part of the energy from the return pulse, the ignition spark can therefore continue to burn without interruption as a DC ignition spark.
- the flyback converter is controlled by a pulse width modulator PWM in the form of a commercially available integrated circuit.
- the modulator outputs a DC reference voltage of 5 volts at its connection 16, which is divided into 2.5 volts with the aid of a voltage divider formed from resistors R1 and R2, and is at the comparator connection 2 as its reference.
- a voltage divider formed by a resistor R8, R9 and R4 from the rectifier circuit.
- Bridge delivered high voltage UC divided voltage.
- a resistor Z9 designed as a thermistor or NTC resistor is connected in parallel with a Zener diode Z1.
- Capacitors C1, C2 and C3 complete the switching of the voltage source in the manner shown.
- the high voltage UC emitted by the rectifier bridge is connected to an ignition capacitor C4, which is connected in series with an ignition coil SP and is connected to ground or the negative pole of an on-board electrical system battery via a connection shown as a thinly drawn line for charging it.
- the other connection of the ignition capacitor C4 is connected to the ignition coil SP via a thyristor THY.
- the ignition coil SP is connected in series from the diode D9 with a parallel connection of a choke coil DR and a resistor R16.
- a resistor R17 is connected in parallel with the diode D9.
- the diode D9 is switched against the discharge direction of the ignition capacitor C4.
- a connection which can be connected to a conventional interrupter or another ignition pulse generator is connected via a diode D10 and a resistor R19 to the inputs of two comparators CP3 and CP4, the other inputs of these two comparators each receiving the above-mentioned reference DC voltage of 5 volts.
- the two other connections of the resistor R19 are each connected to a capacitor C6 and a Zener diode Z2, which in turn are connected to ground or the negative pole of the battery.
- a resistor R20 supplies an interrupter contact with working current.
- the Zener diode Z2 limits the incoming ignition signals to a constant amplitude.
- the interconnected outputs of the comparators CP3 and CDM are connected to the gate electrode of the thyristor THY via a capacitor C5 and a diode D8.
- Resistors R13 and R14 define the two connections of the capacitor C5 in terms of DC voltage.
- on the Resistor R18 is given a part of the above-mentioned DC reference voltage to the gate electrode of the thyristor THY in order to raise its idle potential slightly, for example to 150 mV. It should be emphasized that this increase in the quiescent voltage occurring at its gate electrode when the thyristor is blocked, which otherwise is essentially only ⁇ mV, to preferably 150 mV, does not influence the operating behavior of the thyristor.
- the gate electrode is connected to inputs of comparators CP1 and CP2 via a resistor R14 in order to pass the voltage occurring at the gate electrode of the thyristor THY to these comparators.
- the other inputs of these comparators receive a reference voltage of 50 mV and 380 mV, respectively. These reference voltages are derived from the aforementioned DC reference voltage with the aid of a voltage divider formed from resistors R10, R11 and R12.
- a diode D7 connected to the inputs of the comparators protects them from excessive input voltages.
- the interconnected outputs of the comparators CP1 and CP2 are connected to the compensation connection 9 of the pulse width modulator PWM, which is particularly useful in this application for switching off the modulator.
- ignitor shown in Fig. 1 works as follows:
- a high voltage of a maximum of 450 volts is generated at the output of the rectifier bridge D1 to D4, to which the ignition capacitor C4 is charged, the charging current from the positive output of the rectifier bridge through the capacitor C4, the ignition coil SP and, parallel to this path, flows through the diode D9 and the choke coil DR to the negative output of the rectifier bridge.
- the High voltage UC is divided using the voltage divider R8, R9 and R4 down to a value of the order of 2.5 volts, this value being compared to the reference direct voltage of 2.5 volts present at the comparator connection 2 of the pulse width modulator PWM.
- the pulse width modulator strives to control the flyback converter so that the value at the comparator connection 1 is brought to 2.5 volts. Since the resistor R9 is designed as a thermistor and is therefore temperature sensitive, the high voltage UC is controlled in accordance with the temperature prevailing at the thermistor R9. As can be seen in FIG. 2, the high voltage changes inversely proportional to the temperature T. The lower the temperature, the higher the high voltage UC.
- the thermistor R9 is preferably exposed to the temperature of the ignitor itself, which is determined by the heat loss of the igniter, but also by the surroundings thereof.
- a maximum high voltage UC is therefore generated, which is limited by the Zener diode Z1, comparable to a kind of "automatic cold start” which supplies the internal combustion engine with ignition sparks of greater energy content.
- the igniter is preferably designed and arranged so that it heats up in approximately the same way as the warm-up internal combustion engine. As a result, ignition sparks with increased energy and duration are supplied to the internal combustion engine in its cold state, in order to also reliably ignite mixtures which are not intended to ignite. If the internal combustion engine and thus also the ignition device reach their operating temperatures, the high voltage UC is reduced accordingly, since ignition sparks of lower energy and duration are sufficient and the ignition device is only operated with the required power.
- the thermistor R9 also serves as overload protection for the igniter, since this is high Power consumption heated up more due to the heat loss, which reduces the high voltage UC and also limits the power consumption by the ignitor.
- the amplitude of the resistor R16 is limited to a maximum of approximately 40 volts and the temporal length of the choke coil DR is limited to approximately 40 us.
- the choke coil DR should have a value of preferably 20 pH, with a direct current resistance of at most 100 mOhm, and the resistor (R16) should have a value of 600 mOhm.
- the above-mentioned small pulse UDR derived from the return pulse represents a voltage source for its duration, which in turn, from the ignition coil connection SP +, briefly generates a charging current burst through the capacitor C4 and through the thyristor THY sends.
- the ignition capacitor C4 is connected to the main electrodes of the thyristor THY with a reverse polarized, reduced voltage and accelerates it from its still conductive state, while the main part of the return pulse via the diode D9 and the very low-resistance DC resistor of the choke coil DR is returned to the ignition coil SP and here the ignition spark continues to burn without interruption.
- the voltage UG occurring at its gate electrode also changes (see FIG. 4), which is applied to the inputs of the comparators CP1 and CP2.
- the two reference voltages of the two comparators CP1 and CP2 are also indicated with dashed lines, the reference voltage of the first comparator CP2 being above the gate open-circuit voltage which has already been raised to 150 mV on the far right in FIG occurs when the thyristor is blocked or no longer ionized.
- the reference voltage at the second comparator CP1 is below this quiescent voltage.
- the comparators CP1 and CP2 emit signals at their outputs as long as the voltage occurring at the gate electrode exceeds or falls below the reference voltages. It should be noted that the thyristor THY is still conductive or ionized even if the pulse below the second reference voltage occurs. This means that even in this case the thyristor will immediately be fully current again if the voltage source is switched on.
- the output signals of the comparators CP1 and CP2 reach the connection 9 of the pulse width modulator PWM, used here as a switch-off option, which is thus immediately blocked, which in turn the voltage source is immediately switched off, ie no more high voltage UC is generated.
- the normally open voltage at the gate electrode of the blocked thyristor THY which is normally somewhat less than 1 mV above zero potential, is increased to 150 mV, for example, in order to also have the second comparator CP1 with a positive reference voltage of eg to be able to have 50 mV operated.
- the second comparator CP1 determines that the second reference voltage has been exceeded after approximately 105 ⁇ s, without the first reference voltage of the first comparator CP2 also being exceeded. However, this means that the thyristor is no longer ionized. After the voltage source is switched on again, the thyristor can therefore only be turned on again if it has a sufficiently large drive pulse at its gate electrode, i.e. a real ignition pulse.
- the output signal at the compensation connection 9 of the pulse width modulator PWM therefore disappears, as a result of which the voltage source is switched on again and the ignition capacitor C4 can thus be recharged.
- the above-mentioned, shortest possible switch-off time of only about 105 ⁇ s is also entered in FIG. 2 and relates to the maximum voltage of UC. With a lower voltage UC, the switch-off time of the voltage source is reduced by approximately 5 ps to approximately 100 ⁇ s at the minimum voltage of UC. As the speed of the internal combustion engine increases, the ignition frequency naturally also increases, as a result of which the charging times for the ignition capacitor C4 become shorter and shorter. This state of affairs is also shown in FIG.
- the thyristor Since at this point in time the thyristor then receives the small pulse derived from the back pulse, the voltage at the anode-cathode path of the thyristor rises again slightly and briefly, after which it reverses in polarity and for accelerated deionization or accelerated blocking of the thyristor leads. At the same time, the voltage occurring at the gate electrode drops below zero potential. This voltage then decays in the manner shown in FIG. 4 to the quiescent gate voltage shown there on the far right. As stated, this quiescent voltage is reached after a period of about 110 microseconds. As already explained above, the output signals at the outputs of the comparators CP1 and CP2 then disappear, as a result of which the pulse width modulator PWM and thus also the voltage source are switched on again.
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Abstract
Hochspannungs-Kondensator-Zündgerät für Brennkraftmaschinen mit einer im Rhythmus der Zündimpulse abschaltbaren Spannungsquelle, die als Tonfrequenz-Gegentakt-Sperrwandler ausgebildet ist, der von einem Impulsweiten-Modulator angesteuert ist und eine einem Zündkondensator aufladende Hochspannung aus eine Bordnetz-Niederspannung erzeugt, und mit einem den Zündkondensator über eine Zündspule entladenden Thyristor, der an seiner Gate-Elektrode von den Zündimpulsen angesteuert und durch Abschaltung der Spannungsquelle gesperrt wird. Mindestens ein Komparator (CP1, CP2) erhält die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung als Parameter des Betriebszustandes des Thyristors (THY) unmittelbar, vergleicht sie mit einer Bezugsspannung und erzeugt ein die Spannungsquelle abschaltendes Ausgangssignal nur so lange, wie sich der Thyristor (THY) in seinem leitenden Zustand befindet. Die Primärwicklung der Zündspule (SP) ist mit einer Reihenschaltung überbrückt, die ihrerseits aus einer Diode (D9) und der Parallelschaltung aus einer Drosselspule (DR) und einem Widerstand (R16) gebildet ist.High-voltage capacitor ignition device for internal combustion engines with a voltage source that can be switched off in the rhythm of the ignition pulses, which is designed as an audio frequency push-pull flyback converter, which is controlled by a pulse width modulator and generates a high voltage charging an ignition capacitor from an on-board electrical system low voltage, and with one the ignition capacitor via an ignition coil discharging thyristor, which is triggered by the ignition pulses at its gate electrode and blocked by switching off the voltage source. At least one comparator (CP1, CP2) receives the voltage occurring at the gate electrode as a parameter of the operating state of the thyristor (THY), compares it with a reference voltage and generates an output signal that switches off the voltage source only as long as the thyristor (THY ) is in its conductive state. The primary winding of the ignition coil (SP) is bridged with a series circuit, which in turn is formed from a diode (D9) and the parallel circuit from a choke coil (DR) and a resistor (R16).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochspannungs-Kondensator-Zündgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a high-voltage capacitor ignitor of the type mentioned in the preamble of
Ein solches Zündgerät ist z.B. aus dem Buch "Modern Electronic Circuits Manual" McGraw-Hill Book Company, 1980, Seite 83 bekannt. Dieses bekannte Zündgerät benutzt einen abschaltbaren, mit f= 10 kHz schwingenden Sperrwandler, der aus NAND-Gliedern gebildet ist. Mit dem den Zündkondensator entladenden Thyristor ist die Primärwicklung eines Transformators in Reihe geschaltet, dessen Sekundärwicklung einen weiteren Thyristor ansteuert, um einen Impuls zum Abschalten des Spannungswandlers zu erzeugen. Die Dauer dieses Abschaltimpulses muß so groß sein, daß ein vorzeitiges Wiedereinschalten des Spannungswandlers so lange verzögert wird, wie der Hauptthyristor leitend bzw. ionisiert ist. Wird der Spannungswandler zu früh wieder eingeschaltet, führt der Thyristor sofort wieder Strom, ohne daß dieser an seiner Gate-Elektrode von einem Zündimpuls angesteuert werden müßte. Die Abschaltdauer für den Spannungswandler muß daher so groß gewählt werden, daß der Thyristor nach dem Entladen der maximal möglichen Hochspannung am Zündkondensator, also nach dem Fließen eines maximal möglichen Stromes durch den Thyristor mit Sicherheit wieder entionisiert, d.h. vollständig gesperrt ist, bevor der Spannungswandler erneut eingeschaltet werden kann, um den Zündkondensator wieder aufzuladen.Such an igniter is e.g. known from the book "Modern Electronic Circuits Manual" McGraw-Hill Book Company, 1980, page 83. This known ignition device uses a flyback converter which can be switched off and which oscillates at f = 10 kHz and which is formed from NAND elements. The primary winding of a transformer is connected in series with the thyristor discharging the ignition capacitor, the secondary winding of which drives a further thyristor in order to generate a pulse for switching off the voltage converter. The duration of this switch-off pulse must be so long that an early restart of the voltage converter is delayed as long as the main thyristor is conductive or ionized. If the voltage converter is switched on again too early, the thyristor immediately carries current again, without this having to be triggered by an ignition pulse at its gate electrode. The switch-off time for the voltage converter must therefore be chosen so long that the thyristor certainly deionizes again after the maximum possible high voltage has been discharged at the ignition capacitor, i.e. after the maximum possible current has flowed through the thyristor, i.e. is completely blocked before the voltage converter can be switched on again to recharge the ignition capacitor.
Dadurch wird aber die maximale Zündfrequenz begrenzt, bis zu der noch eine ausreichende Hochspannung am Zündkondensator zu erzeugen ist. Zwar wird auch bei dem bekannten Zündgerät die Dauer des Abschaltimpulses für den Spannungswandler in Abhängigkeit von der Zündfrequenz geändert, um bei ansteigender Frequenz die Abschaltdauer des Spannungswandlers zu verringern. Jedoch erfolgt dieses über den im Stromkreis des Thyristors liegenden Transformator , der, sobald ein Impuls ausgelöst wurde, den zweiten Thyristor auslöst, worauf dieser einen von einer R-C-Kombination verzögerten Abschaltimpuls an die NAND-Glieder weitergibt. Die Abschaltdauer wird mit höherer Frequenz zwar kürzer, kann aber nur einen Näherungswert der tatsächlichen Verhältnisse am Hauptthyristor darstellen, der mit einigem Sicherheitsabstand immer größer sein muß, als das physikalisch absolut mögliche zeitliche Minimum. Da der Transformator weiterhin bekanntlich nur Stromänderungen zu übertragen vermag, ist bei dieser bekannten Schaltung nicht ersichtlich, wie ein fehlerhaft ausgelöster Thyristor aus seinem Dauer-Leitzustand herauskommen soll, sofern sein Haltestrom nicht durch Abschalten der Spannungsquelle unterbrochen wird. Ferner sei anzumerken, daß sich die Entladezeit des Zündkondensators wesentlich nach der Impedanz der Zündspule richtet. Bei einer, wie.hier veröffentlichten, Schaltung müßte sich die Abschaltzeit entweder nach der größtmöglichen Impedanz einer evtl. verwendeten Zündspule richten, oder aber das Gerät muß jedesmal auf die zu verwendende Zündspule optimiert werden, wobei hier Fertigungs-Toleranzen der Zündspule ebenfalls eine Rolle spielen. Sollte ferner die Zündfunkenleistung durch Änderung von Gerätekomponenten verändert werden, muß jedesmal erneut die Abschaltzeitdauer durch R-C-Abstimmung justiert werden.However, this limits the maximum ignition frequency up to which a sufficient high voltage can still be generated at the ignition capacitor. In the known ignition device, the duration of the switch-off pulse for the voltage converter is changed as a function of the ignition frequency, so that the switch-off duration of the voltage increases as the frequency increases to reduce transducer. However, this takes place via the transformer in the circuit of the thyristor, which, as soon as a pulse has been triggered, triggers the second thyristor, whereupon this transmits a switch-off pulse delayed by an RC combination to the NAND elements. The switch-off time is shorter with a higher frequency, but it can only represent an approximation of the actual conditions at the main thyristor, which, with some safety margin, must always be greater than the physically absolutely possible minimum time. Since, as is well known, the transformer can only transmit current changes, it is not possible to see in this known circuit how a faulty tripped thyristor should come out of its permanently on state, provided its holding current is not interrupted by switching off the voltage source. It should also be noted that the discharge time of the ignition capacitor depends essentially on the impedance of the ignition coil. In the case of a circuit as published here, the switch-off time would either have to be based on the greatest possible impedance of an ignition coil that might be used, or the device had to be optimized each time for the ignition coil to be used, production tolerances of the ignition coil also playing a role here . In addition, if the spark output is changed by changing device components, the switch-off time must be adjusted each time by RC tuning.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zündgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß die Spannungsquelle immer nur so lange abgeschaltet wird, wie sich der Thyristor tatsächlich, auch unter sich stets ändernden Arbeitsbedingungen, in seinem leitenden bzw. noch ionisierten Betriebszustand befindet, wobei dieser so kurz wie möglich sein soll, und daß Änderungen von leistungsbestimmenden Komponenten des Gerätes und der äußeren Zündanlage ohne Einfluß auf die optimale Abschaltzeit der Spannungsquelle sind, da die Abschaltzeit sich jederzeit anpaßt.The object of the invention is to develop an ignition device of the type mentioned in the preamble of
Bei einem Zündgerät der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.In an igniter of the type mentioned, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of
Bei dem erfindungsgemäßen Zündgerät wird mit Hilfe mindestens eines Komparators die an der Gate-Elektrode des Thyristors auftretende Spannung unmittelbar überwacht und mit einer Bezugsspannung verglichen.In the ignition device according to the invention, the voltage occurring at the gate electrode of the thyristor is directly monitored with the aid of at least one comparator and compared with a reference voltage.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, daß die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung jederzeit Aufschluß über den augenblicklichen Betriebszustand des Thyristors gibt. So erreicht nämlich die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung immer erst dann ihre konstante Ruhespannung von ca. <1 mV, wenn der Thyristor entionisiert, d.h. vollständig gesperrt ist. In diesem Zustand des Thyristors kann dieser nur dann wieder leitend geschaltet werden, wenn er einen ausreichend großen Impuls an seiner Gate-Elektrode erhält. Mit Hilfe des mindestens einen Komparators kann daher ein die Spannungsquelle abschaltendes Ausgangssignal nur so lange aber auch immer so lange erzeugt werden, wie der Thyristor leitend bzw. ionisiert ist. Damit ist aber die Spannungsquelle immer nur so lange abgeschaltet, wie dieses aus physikalischen Gründen unbedingt erforderlich ist. Diese kürzestmöglichen Abschaltzeiten der Spannungsquelle verlängern aber die nutzbaren Aufladezeiten für den Zündkondensator, so daß höhere Zündfrequenzen, bzw. im oberen Drehzahlbereich eine höhere Zündspannung UC erreichbar sind. Ferner paßt sich die Abschaltzeit Komponenten-Änderungen optimal an, z.B. nach Änderung der Zündspulen-Impedanz, und der damit verbundenen Änderung der Funkenbrenndauer.The invention makes use of the knowledge that the voltage occurring at the gate electrode provides information at all times about the current operating state of the thyristor. This is because the voltage occurring at the gate electrode only reaches its constant quiescent voltage of approx. <1 mV when the thyristor deionizes, i.e. is completely locked. In this state, the thyristor can only be turned on again if it receives a sufficiently large pulse at its gate electrode. With the aid of the at least one comparator, an output signal that switches off the voltage source can therefore only be generated for as long as the thyristor is conductive or ionized. However, the voltage source is only switched off for as long as is absolutely necessary for physical reasons. These shortest possible switch-off times of the voltage source, however, extend the usable charging times for the ignition capacitor, so that higher ignition frequencies or a higher ignition voltage UC can be achieved in the upper speed range. Furthermore, the switch-off time adjusts component changes optimally, e.g. after changing the ignition coil impedance and the associated change in spark duration.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Zündgerät auch gegenüber Störungen sehr unanfällig, da durch die unmittelbare Überwachung der Gate-Elektrode ein leitender oder ionisierter Zustand des Thyristors selbst dann festgestellt wird, wenn dieser Zustand fehlerhaft eingeleitet sein sollte, d.h. nicht aufgrund eines an die Gate-Elektrode gegebenen Zündimpulses. Ein fehlerhaft dauerleitender und damit die Spannungsquelle kurzschließender Thyristor weist an seiner Gate-Elektrode eine Spannung von ca. 600 Millivolt auf. Auch bei einem solchen Zustand schaltet das Ausgangssignal des mindestens einen Komparators die Spannungsquelle ab, wodurch der Haltestrom für den Thyristor unterbrochen und dieser daher gesperrt wird.In addition, the ignitor according to the invention is also very insensitive to interference, since the conductive monitoring of the gate electrode detects a conductive or ionized state of the thyristor even if this state should be initiated incorrectly, i.e. not due to an ignition pulse given to the gate electrode. A faulty thyristor that is permanently conductive and thus short-circuits the voltage source has a voltage of approximately 600 millivolts on its gate electrode. Even in such a state, the output signal of the at least one comparator switches off the voltage source, as a result of which the holding current for the thyristor is interrupted and the thyristor is therefore blocked.
Durch eine gemäß einer im Patentanspruch 2 angegebenen Weiterbildung die Primärwicklung der Zündspule überbrückende Reihenschaltung, die aus einer Diode und einer Parallelschaltung aus einem Widerstand sowie einer Drosselspule gebildet ist, kann der Thyristor beschleunigt abgeschaltet werden. Dieses erfolgt im einzelnen dadurch, daß aus dem von der Zündspule erzeugten positiv polarisierten Rückimpuls ein kleiner Impuls abgeleitet wird, der seinerseits wiederum, umgekehrt polarisiert den Zündkondensator auflädt. Nach Abklingen dieses kleinen Impulses liegt der Zündkondensator mit umgekehrter Polarität an der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors an. Dieses bewirkt die beschleunigte Entionisierung bzw. das Sperren des Thyristors. Der Hauptanteil des Rückimpulses wird dagegen über die Diode und den sehr niederohmigen Gleichstrom-Widerstand der Drosselspule sowie den ihr parallel geschalteten Widerstand an die Zündspule zurückgeführt. Trotz Entnahme einer Teilenergie aus dem Rückimpuls kann daher der Zündfunke ohne Unterbrechung als Gleichstrom-Zündfunke weiterbrennen.The thyristor can be switched off in an accelerated manner by a series circuit bridging the primary winding of the ignition coil, which is formed from a diode and a parallel circuit from a resistor and a choke coil. This takes place in detail in that a small pulse is derived from the positively polarized return pulse generated by the ignition coil, which in turn charges the ignition capacitor in reverse polarity. After this small pulse has subsided, the ignition capacitor with the opposite polarity is applied to the anode-cathode path of the thyristor. This causes accelerated deionization or blocking of the thyristor. The majority of the return pulse, however, is fed back to the ignition coil via the diode and the very low-resistance DC resistance of the choke coil and the resistor connected in parallel. Despite taking part of the energy from the return pulse, the ignition spark can therefore continue to burn without interruption as a DC ignition spark.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt:
- Fig. 1 den Stromlaufplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zündgerätes,
- Fig. 2 ein Oszillogramm der am Zündkondensator auftretenden Spannungen,
- Fig. 3 Oszillogramme der an der Zündspule und der Drosselspule auftretenden Spannungen,
- Fig. 4 ein Oszillogramm der an der Gate-Elektrode auftretenden Spannung und
- Fig. 5 ein Oszillogramm der am Thyristor zwischen Anode und Kathode auftretenden Spannung.
- 1 shows the circuit diagram of a preferred exemplary embodiment of the ignition device according to the invention,
- 2 shows an oscillogram of the voltages occurring at the ignition capacitor,
- 3 shows oscillograms of the voltages occurring at the ignition coil and the choke coil,
- Fig. 4 is an oscillogram of the voltage occurring at the gate electrode and
- 5 shows an oscillogram of the voltage occurring at the thyristor between the anode and cathode.
Wie aus dem in Fig. 1 gezeigten Stromlaufplan zu erkennen ist, weist die Spannungsquelle einen Tonfrequenz-Gegentakt-Sperrwandler, f=10 kHz, mit zwei Leistungstransistoren TR1 und TR4 sowie zwei Treibertransistoren TR2 und TR3 auf. Diese sind in üblicher Weise mit Widerständen R3, R7, R21 und Dioden D5 und D6 beschaltet und mit den Primärwicklungen eines Transformators T1 verbunden, dessen Sekundärseite auf eine Gleichrichter-Brücke D1 bis D4 arbeitet. Der Sperrwandler wird von einem Impulsweiten-Modulator PWM in Form einer handelsüblichen integrierten Schaltung angesteuert. Der Modulator gibt an seinem Anschluß 16 eine Bezugsgleichspannung von 5 Volt ab, die mit Hilfe eines aus Widerständen R1 und R2 gebildeten Spannungsteilers auf 2,5 Volt unterteilt, am Komparator-Anschluß 2 als dessen Bezug liegen. Am anderen Komparator-Anschluß 1 liegt eine durch einen weiteren und aus Widerständen R8, R9 und R4 gebildeten Spannungsteiler aus der von der Gleichrichter- Brücke abgegebenen Hochspannung UC unterteilte Spannung. Dem als Thermistor bzw. NTC-Widerstand ausgebildete Widerstand R9 ist eine Zenerdiode Z1 parallel geschaltet. Kondensatoren C1, C2 und C3 vervollständigen in der gezeigten Weise die Schaltung der Spannungsquelle.As can be seen from the circuit diagram shown in FIG. 1, the voltage source has an audio frequency push-pull flyback converter, f = 10 kHz, with two power transistors TR1 and TR4 and two driver transistors TR2 and TR3. These are connected in the usual way with resistors R3, R7, R21 and diodes D5 and D6 and connected to the primary windings of a transformer T1, the secondary side of which works on a rectifier bridge D1 to D4. The flyback converter is controlled by a pulse width modulator PWM in the form of a commercially available integrated circuit. The modulator outputs a DC reference voltage of 5 volts at its
Die von der Gleichrichterbrücke abgegebene Hochspannung UC liegt an einem Zündkondensator C4, der mit einer Zündspule SP in Reihe liegt und über eine als dünn gezeichneter Leitungszug dargestellte Verbindung zu seiner Aufladung mit Masse bzw. dem Minuspol einer Bordnetzbatterie verbunden ist. Der andere Anschluß des Zündkondensators C4 ist über einen Thyristor THY mit der Zündspule SP verbunden. Der Zündspule SP ist eine Reihenschaltung aus der Diode D9 mit einer Parallelschaltung einer Dosselspule DR und einem Widerstand R16 parallel geschaltet. Zur Diode D9 liegt ein Widerstand R17 parallel. Die Diode D9 ist gegen die Entladerichtung des Zündkondensators C4 geschaltet.The high voltage UC emitted by the rectifier bridge is connected to an ignition capacitor C4, which is connected in series with an ignition coil SP and is connected to ground or the negative pole of an on-board electrical system battery via a connection shown as a thinly drawn line for charging it. The other connection of the ignition capacitor C4 is connected to the ignition coil SP via a thyristor THY. The ignition coil SP is connected in series from the diode D9 with a parallel connection of a choke coil DR and a resistor R16. A resistor R17 is connected in parallel with the diode D9. The diode D9 is switched against the discharge direction of the ignition capacitor C4.
Ein mit einem üblichen Unterbrecher oder einem anderen Zündimpulsgenerator verbindbarer Anschluß ist über eine Diode D10 und einem Widerstand R19 mit den Eingängen zweier Komparatoren CP3 und CP4 verbunden, wobei die jeweils anderen Eingänge dieser beiden Komparatoren die vorstehend genannte Bezugsgleichspannung von 5 Volt erhalten. Die beiden anderen Anschlüsse des Widerstandes R19 sind jeweils mit einem Kondensator C6 und einer Zenerdiode Z2 verbunden, die wiederum mit Masse bzw. dem Minuspol der Batterie verbunden sind. Ein Widerstand R20 versorgt einen Unterbrecher-Kontakt mit Arbeitsstrom. Die Zenerdiode Z2 begrenzt die eingehenden Zündsignale auf gleichbleibende Amplitude. Die miteinander verbundenen Ausgänge der Komparatoren CP3 und CDM sind über einen Kondensator C5 und eine Diode D8 mit der Gate-Elektrode des Thyristors THY verbunden. Widerstände R13 und R14 legen die beiden Anschlüsse des Kondensators C5 gleichspannungsmäßig fest. über den Widerstand R18 wird von der vorstehend erwähnten Bezugsgleichspannung ein Teil an die Gate-Elektrode des Thyristors THY gegeben, um dessen Ruhepotential gleichspannungsmäßig geringfügig, z.B. auf 150 mV, anzuheben. Dabei ist zu betonen, daß dieses Anheben der bei gesperrtem Thyristor an seiner Gate-Elektrode auftretenden Ruhespannung, die sonst im wesentlichen nur < mV ist, auf vorzugsweise 150 mV, das Betriebsverhalten des Thyristors nicht beeinflußt.A connection which can be connected to a conventional interrupter or another ignition pulse generator is connected via a diode D10 and a resistor R19 to the inputs of two comparators CP3 and CP4, the other inputs of these two comparators each receiving the above-mentioned reference DC voltage of 5 volts. The two other connections of the resistor R19 are each connected to a capacitor C6 and a Zener diode Z2, which in turn are connected to ground or the negative pole of the battery. A resistor R20 supplies an interrupter contact with working current. The Zener diode Z2 limits the incoming ignition signals to a constant amplitude. The interconnected outputs of the comparators CP3 and CDM are connected to the gate electrode of the thyristor THY via a capacitor C5 and a diode D8. Resistors R13 and R14 define the two connections of the capacitor C5 in terms of DC voltage. on the Resistor R18 is given a part of the above-mentioned DC reference voltage to the gate electrode of the thyristor THY in order to raise its idle potential slightly, for example to 150 mV. It should be emphasized that this increase in the quiescent voltage occurring at its gate electrode when the thyristor is blocked, which otherwise is essentially only <mV, to preferably 150 mV, does not influence the operating behavior of the thyristor.
über einen Widerstand R14 ist die Gate-Elektrode mit Eingängen von Komparatoren CP1 und CP2 verbunden, um die jeweils an der Gate-Elektrode des Thyristors THY auftretende Spannung an diese Vergleicher zu geben. Die anderen Eingänge dieser Vergleicher erhalten eine Bezugsspannung von jeweils 50 mV und 380 mV. Diese Bezugsspannungen werden mit Hilfe eines aus den Widerständen R10, R11 und R12 gebildeten Spannungsteilers aus der genannten Bezugs-Gleichspannung abgeleitet. Eine mit den Eingängen der Komparatoren verbundene Diode D7 schützt diese vor zu großen Eingangsspannungen. Die miteinander verbundenen Ausgänge der Komparatoren CP1 und CP2 sind mit dem Kompensationsanschluß 9 des Impulsweiten-Modulators PWM verbunden, der in dieser Anwendung zum Abschalten des Modulators vorzüglich zu benutzen ist.The gate electrode is connected to inputs of comparators CP1 and CP2 via a resistor R14 in order to pass the voltage occurring at the gate electrode of the thyristor THY to these comparators. The other inputs of these comparators receive a reference voltage of 50 mV and 380 mV, respectively. These reference voltages are derived from the aforementioned DC reference voltage with the aid of a voltage divider formed from resistors R10, R11 and R12. A diode D7 connected to the inputs of the comparators protects them from excessive input voltages. The interconnected outputs of the comparators CP1 and CP2 are connected to the
Das in Fig. 1 dargestellte Zündgerät arbeitet wie folgt:The ignitor shown in Fig. 1 works as follows:
Wenn der Thyristor THY gesperrt und die Spannungsquelle eingeschaltet ist, wird am Ausgang der Gleichrichter-Brücke D1 bis D4 eine Hochspannung von maximal 450 Volt erzeugt, auf die der Zündkondensator C4 aufgeladen wird, wobei der Ladestrom vom positiven Ausgang der Gleichrichterbrücke durch den Kondensator C4, die Zündspule SP und, parallel zu diesem Weg, durch die Diode D9 und die Drosselspule DR zum negativen Ausgang der Gleichrichterbrücke fließt. Die Hochspannung UC wird mit Hilfe des Spannungsteilers R8, R9 und R4 auf einen Wert in der Größenordnung von 2,5 Volt heruntergeteilt, wobei dieser Wert mit der am Komparator-Anschluß 2 des Impulsweiten-Modulators PWM anliegenden Bezugsgleichspannung von 2,5 Volt verglichen wird. Der Impulsweiten-Modulator ist dabei bestrebt, den Sperrwandler so zu steuern, daß auch der am Komparator-Anschluß 1 liegende Wert auf 2,5 Volt gebracht wird. Da der Widerstand R9 als Thermistor ausgebildet und damit temperaturempfindlich ist, wird die Hochspannung UC nach Maßgabe der an dem Thermistor R9 herrschenden Temperatur gesteuert. Wie dieses in Fig. 2 zu erkennen ist, ändert sich die Hochspannung umgekehrt proportional zur Temperatur T. Je niedriger also die Temperatur ist, umso höher wird die Hochspannung UC. Vorzugsweise wird der Thermistor R9 der Temperatur des Zündgerätes selbst ausgesetzt, die durch die Verlustwärme des Zündgerätes, aber auch durch die Umgebung desselben bestimmt ist. Bei kaltem Zündgerät und damit auch kalter Brennkraftmaschine wird daher eine maximale Hochspannung UC erzeugt, die durch die Zenerdiode Z1 begrenzt, einer Art "Kaltstart-Automatik" vergleichbar, die Brennkraftmaschine mit Zündfunken größerem Energieinhalts versorgt. Das Zündgerät ist dabei vorzugsweise so ausgelegt und angeordnet, daß es sich in etwa gleicher Weise wie die warmlaufende Brennkraftmaschine erwärmt. Dadurch werden der Brennkraftmaschine in ihrem kalten Zustand Zündfunken mit erhöhter Energie und Dauer zugeführt, um auch zündunwillige Gemische sicher zu zünden. Erreicht die Brennkraftmaschine und damit auch das Zündgerät ihre Betriebstemperaturen, so wird die Hochspannung UC entsprechend vermindert, da dann Zündfunken geringerer Energie und Dauer ausreichen und das Zündgerät nur mit der erforderlichen Leistung betrieben wird.When the thyristor THY is blocked and the voltage source is switched on, a high voltage of a maximum of 450 volts is generated at the output of the rectifier bridge D1 to D4, to which the ignition capacitor C4 is charged, the charging current from the positive output of the rectifier bridge through the capacitor C4, the ignition coil SP and, parallel to this path, flows through the diode D9 and the choke coil DR to the negative output of the rectifier bridge. The High voltage UC is divided using the voltage divider R8, R9 and R4 down to a value of the order of 2.5 volts, this value being compared to the reference direct voltage of 2.5 volts present at the
Der Thermistor R9 dient dabei gleichzeitig auch als überlastschutz für das Zündgerät, da dieses sich bei hoher Leistungsaufnahme infolge der Verlustwärme stärker erhitzt, wodurch die Hochspannung UC zurückgenommen und auch die Leistungsaufnahme durch das Zündgerät begrenzt wird.The thermistor R9 also serves as overload protection for the igniter, since this is high Power consumption heated up more due to the heat loss, which reduces the high voltage UC and also limits the power consumption by the ignitor.
Wenn von dem mit dem Zündimpulsgenerator verbundenen Anschluß ein Zündimpuls an die Komparatoren CP3 und CP4 gegeben wird, erscheint an den Ausgängen dieser Komparatoren immer dann ein Impuls, wenn der Zündimpuls die BezugsGleichspannung von 5 Volt überschreitet. Keinen echten Zündimpuls darstellende Zündimpulse, die z.B. durch Kontaktprellen eines Unterbrecherkontaktes erzeugt sein können, werden durch die Schaltung Z2, R19 und C6 unterdrückt. Ein echter Zündimpuls gelangt über den Kondensator C5 und die Diode D8 an die Gate-Elektrode des Thyristors THY, um diesen leitend zu schalten. Bei leitendem Thyristor wird der Zündkondensator C4 über die Zündspule SP entladen, wobei der in Fig. 3 dargestellte negativ polarisierte Spannungsimpuls USP auftritt.If an ignition pulse is sent to the comparators CP3 and CP4 from the connection connected to the ignition pulse generator, a pulse appears at the outputs of these comparators whenever the ignition pulse exceeds the reference DC voltage of 5 volts. Ignition pulses that do not represent a real ignition pulse, e.g. can be generated by contact bouncing an interrupter contact are suppressed by the circuits Z2, R19 and C6. A real firing pulse arrives at the gate electrode of the thyristor THY via the capacitor C5 and the diode D8 in order to switch it on. When the thyristor is conductive, the ignition capacitor C4 is discharged via the ignition coil SP, the negatively polarized voltage pulse USP shown in FIG. 3 occurring.
Über die aus der Diode D9, der Drosselspule DR und dem Widerstand R16 gebildete Schaltung wird ein kleiner Teil des sehr kräftigen (bis 65 A!), von der Zündspule SP reflektierten positiv polarisierten Rückimpulses, der dem negativ polarisierten Initialimpuls folgt, abgeleitet, in seiner Amplitude von dem Widerstand R16 auf maximal etwa 40 Volt und in seiner zeitlichen Länge von der Drosselspule DR auf ca. 40 us begrenzt. Bei der Verwendung einer extrem niederohmigen Hochleistungs-Zündspule sollten die Drosselspule DR einen Wert von vorzugsweise 20 pH, bei einem Gleichstromwiderstand von maximal 100 mOhm, und der Widerstand (R16) einen Wert von 600 mOhm haben.A small part of the very powerful (up to 65 A!), Reflected by the ignition coil SP, positive polarized return pulse, which follows the negatively polarized initial pulse, is derived via the circuit formed from the diode D9, the choke coil DR and the resistor R16 The amplitude of the resistor R16 is limited to a maximum of approximately 40 volts and the temporal length of the choke coil DR is limited to approximately 40 us. When using an extremely low-resistance high-performance ignition coil, the choke coil DR should have a value of preferably 20 pH, with a direct current resistance of at most 100 mOhm, and the resistor (R16) should have a value of 600 mOhm.
Der vorstehend angegebene, aus dem Rückimpuls abgeleitete kleine Impuls UDR (vgl. Fig. 3), stellt für seine Zeitdauer eine Spannungsquelle dar, die jetzt ihrerseits, vom Zündspulenanschluß SP+ aus, kurzzeitig einen Aufladestromstoß durch den Kondensator C4 und durch den Thyristor THY schickt. Beim Abklingen dieses kleinen Impulses liegt der Zündkondensator C4 mit umgekehrt polarisierter, reduzierter Spannung an den Hauptelektroden des Thyristors THY und bringt diesen beschleunigt aus seinem noch leitenden Zustand, während der Hauptteil des Rückimpulses über die Diode D9 und den sehr niederohmigen Gleichstom-Widerstand der Drosselspule DR in die Zündspule SP zurückgeführt wird und hier den Zündfunken ohne Unterbrechung weiterbrennen läßt.The above-mentioned small pulse UDR derived from the return pulse (see FIG. 3) represents a voltage source for its duration, which in turn, from the ignition coil connection SP +, briefly generates a charging current burst through the capacitor C4 and through the thyristor THY sends. When this small pulse subsides, the ignition capacitor C4 is connected to the main electrodes of the thyristor THY with a reverse polarized, reduced voltage and accelerates it from its still conductive state, while the main part of the return pulse via the diode D9 and the very low-resistance DC resistor of the choke coil DR is returned to the ignition coil SP and here the ignition spark continues to burn without interruption.
Beim Leitendwerden des Thyristors THY ändert sich auch die an seiner Gate-Elektrode auftretende Spannung UG (vgl. Fig. 4), die an die Eingänge der Komparatoren CP1 und CP2 gegeben wird. In Fig. 4 sind dabei mit gestrichelten Linien auch die beiden Bezugsspannungen der beiden Komparatoren CP1 und CP2 angegeben, wobei die Bezugsspannung des ersten Komparators CP2 oberhalb der in Fig. 4 ganz rechts dargestellten, bereits auf 150 mV angehobenen, Gate-Ruhespannung liegt, die bei gesperrtem bzw. nicht mehr ionisiertem Thyristor auftritt. Die Bezugsspannung am zweiten Komparator CP1 liegt dagegen unterhalb dieser Ruhespannung. Wie dieses aus Fig. 4 zu erkennen ist, geben die Komparatoren CP1 und CP2 an ihren Ausgängen Signale ab, solange die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung die Bezugsspannungen über- oder unterschreitet. Dabei ist zu beachten, daß der Thyristor THY auch dann noch leitend bzw. ionisiert ist, wenn der unterhalb der zweiten Bezugsspannung liegende Impuls auftritt. Das heißt, auch in diesem Fall wird der Thyristor sofort wieder voll Strom führen, wenn die Spannungsquelle eingeschaltet würde.When the thyristor THY becomes conductive, the voltage UG occurring at its gate electrode also changes (see FIG. 4), which is applied to the inputs of the comparators CP1 and CP2. 4, the two reference voltages of the two comparators CP1 and CP2 are also indicated with dashed lines, the reference voltage of the first comparator CP2 being above the gate open-circuit voltage which has already been raised to 150 mV on the far right in FIG occurs when the thyristor is blocked or no longer ionized. The reference voltage at the second comparator CP1, however, is below this quiescent voltage. As can be seen from FIG. 4, the comparators CP1 and CP2 emit signals at their outputs as long as the voltage occurring at the gate electrode exceeds or falls below the reference voltages. It should be noted that the thyristor THY is still conductive or ionized even if the pulse below the second reference voltage occurs. This means that even in this case the thyristor will immediately be fully current again if the voltage source is switched on.
Bei leitendem Thyristor THY gelangen die Ausgangssignale der Komparatoren CP1 und CP2 an den Anschluß 9 des Impulsweiten-Modulators PWM, hier als Abschaltmöglichkeit genutzt, der damit sofort gesperrt wird, wodurch wiederum sofort die Spannungsquelle abgeschaltet wird, d.h. keine Hochspannung UC mehr erzeugt wird. Wie dieses aus den Fig.1 und 4 zu erkennen ist, wird die normalerweise etwasweniger als 1 mV über Nullpotential liegende Ruhespannung an der Gate-Elektrode des gesperrten Thyristors THY z.B. auf 150 mV angehoben, um auch den zweiten Komparator CP1 mit einer positiven Bezugsspannung von z.B. 50 mV arbeiten lassen zu können. Diese Maßnahme ist nötig, weil der Komparator CP1 von einer lediglich positiven Spannung gespeist wird und dadurch nicht in der Lage ist, Spannungen, die nahe des Nullpotentials, oder gar negativ sind, zu vergleichen. Das geringfügige Anheben der Ruhespannung an der Gate-Elektrode beeinflußt das Betriebsverhalten des Thyristors THY in keiner Weise.When the thyristor THY is conductive, the output signals of the comparators CP1 and CP2 reach the
Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, stellt der zweite Komparator CP1 nach etwa 105 us das Überschreiten der zweiten Bezugsspannung fest, ohne daß die erste Bezugsspannung des ersten Komparators CP2 ebenfalls überschritten würde. Dieses bedeutet aber, daß der Thyristor nicht länger ionisiert ist. Nach Wiedereinschaltung der Spannungsquelle kann der Thyristor daher nur wieder leitend geschaltet werden, wenn er an seiner Gate-Elektrode mit einem ausreichend großen Ansteuerimpuls, d.h. einem echten Zündimpuls, angesteuert wird.As can be seen from FIG. 4, the second comparator CP1 determines that the second reference voltage has been exceeded after approximately 105 μs, without the first reference voltage of the first comparator CP2 also being exceeded. However, this means that the thyristor is no longer ionized. After the voltage source is switched on again, the thyristor can therefore only be turned on again if it has a sufficiently large drive pulse at its gate electrode, i.e. a real ignition pulse.
Unmittelbar nach der Entionisierung des Thyristors THY verschwindet daher das Ausgangssignal am Kompensationsanschluß 9 des Impulsweiten-Modulators PWM, wodurch die Spannungsquelle erneut eingeschaltet wird und damit der Zündkondensator C4 wieder aufgeladen werden kann. Die vorstehend angegebene, kürzestmögliche Abschaltzeit von nur etwa 105 us ist auch in Fig. 2 eingetragen und bezieht sich auf die Maximalspannung von UC. Mit geringerer Spannung UC verkürzt sich die Abschaltzeit der Spannungsquelle um etwa 5 ps auf etwa 100 µs bei der Minimalspannung von UC. Bei steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine steigt selbstverständlich auch die Zündfrequenz an, wodurch die Aufladezeiten für den Zündkondensator C4 immer kürzer werden. Dieser Sachverhalt ist ebenfalls in Fig. 2 angegeben, so daß sich dann die am Zündkondensator C4 auftretende Hochspannung UC umgekehrt proportional zur Zündfrequenz verringert. Andererseits ist aber auch eine derart kleiner werdende Ladespannung am Zündkondensator C4 für eine sichere Zündung des Gemisches der Brennkraftmaschine immer noch groß genug, da bei hohen und höchsten Drehzahlen der Brennkraftmaschine und damit stark verkürzter Verweildauer der Kolben im oberen Totpunktbereich, auch ein entsprechend energieärmerer und wiederum damit kürzerer Zündfunke zur Zündung des Gemisches immer noch ausreicht. Da andererseits aber die Abschaltzeit der Spannungsquelle durch die unmittelbare Überwachung der an der Gate-Elektrode auftretenden Spannung und das beschleunigte Entionisieren bzw. Sperren des Thyristors so kurz wie möglich ist, ist selbst bei höchsten Drehzahlen die für die Aufladung des Zündkondensators C4 zur Verfügung stehende Ladezeit immer noch maximal.Immediately after deionization of the thyristor THY, the output signal at the
Durch die Gate-überwachung durch Komparatoren, sowie durch den aus dem Rückimpuls abgeleiteten kleinen positiven Impuls UDR, der bei seinem Abklingen die Spannung UA, THY (vgl. Fig. 5) an der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors umpolt und diesen dadurch beschleunigt entionisiert bzw. abschaltet, kann eine maximale Zündfrequenz bis über 1 kHz erreicht werden. Wobei zu erwähnen sei, daß 800 Hz bei einem Viertakt-Otto-Motor mit acht Zylindern einer Drehzahl von 12.000 Umin-1 entspricht. Ferner sei erwähnt, daß in Verbindung mit einer modernen, handelsüblichen Hochleistungs-Zündspule als Zündtransformator bei Maximalspannung UC eine Zündfunkenbrenndauer von effektiv 300 us erreicht werden. Mit anderen handelsüblichen höherohmigen Zündspulen werden bei verminderter Anstiegssteilheit der Spannung USP (vgl. Fig. 3), 600 bis 700 us effektiver Funkenbrenndauer erreicht.Through the gate monitoring by comparators, as well as through the small positive pulse UDR derived from the return pulse, which reverses the voltage UA, THY (see FIG. 5) on the anode-cathode path of the thyristor and thereby accelerates it deionized or switches off, a maximum ignition frequency of over 1 kHz can be achieved. It being to be noted that 800 Hz corresponds to a four-stroke Otto engine with eight cylinders at a speed of 12,000 rpm -1. It should also be mentioned that in connection with a modern, commercially available high-performance ignition coil as an ignition transformer at maximum voltage UC, an ignition spark duration of effectively 300 us can be achieved. With other commercially available higher-resistance ignition coils with reduced steepness of rise Voltage USP (see Fig. 3), 600 to 700 us effective spark burn time reached.
Aus den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Oszillogrammen der an der Gate-Elektrode des Thyristors liegenden Spannung UG sowie der über der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors gemessenen Spannung UA, THY ist besonders deutlich der zeitliche und amplitudenmäßige Zusammenhang zwischen diesen beiden Spannungen zu erkennen. Figur 5 zeigt dabei als ein "lupenartiger Ausschnitt" einen Teil des sehr steilen Spannungsabfalls bei leitend werdendem Thyristor. Gleichzeitig fällt auch die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung steil bis auf unter Nullpotential ab. Da zu diesem Zeitpunkt der Thyristor aber den aus dem Rückimpuls abgeleiteten kleinen Impuls dann erhält, steigt die Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors nochmals geringfügig und kurzfristig an, wonach sie dann in ihrer Polarität sich umkehrt und zur beschleunigten Entionisierung bzw. zum beschleunigten Sperren des Thyristors führt. Gleichzeitig sinkt auch die an der Gate-Elektrode auftretende Spannung unter Nullpotential ab. Diese Spannung klingt dann in der in Fig. 4 gezeigten Weise auf die dort ganz rechts gezeigte Gate-Ruhespannung ab. Wie angegeben, wird diese Ruhespannung nach einer Zeitdauer von etwa 110 µs erreicht. Wie bereits vorstehend erläutert wurde, verschwinden dann die Ausgangssignale an den Ausgängen der Komparatoren CP1 und CP2, wodurch wiederum der Impulsweiten-Modulator PWM und damit auch die Spannungsquelle erneut eingeschaltet werden.4 and 5 of the voltage U G at the gate electrode of the thyristor and the voltage U A , THY measured across the anode-cathode path of the thyristor, the temporal and amplitude relationship between them is particularly clear to recognize both tensions. Figure 5 shows as a "magnifying glass section" part of the very steep voltage drop when the thyristor becomes conductive. At the same time, the voltage occurring at the gate electrode drops sharply to below zero potential. Since at this point in time the thyristor then receives the small pulse derived from the back pulse, the voltage at the anode-cathode path of the thyristor rises again slightly and briefly, after which it reverses in polarity and for accelerated deionization or accelerated blocking of the thyristor leads. At the same time, the voltage occurring at the gate electrode drops below zero potential. This voltage then decays in the manner shown in FIG. 4 to the quiescent gate voltage shown there on the far right. As stated, this quiescent voltage is reached after a period of about 110 microseconds. As already explained above, the output signals at the outputs of the comparators CP1 and CP2 then disappear, as a result of which the pulse width modulator PWM and thus also the voltage source are switched on again.
Aus den vorstehend näher erläuterten Oszillogrammen der Fig. 4 und 5 ist damit sehr deutlich zu erkennen, daß die an der Gate-Elektrode des Thyristors jeweils auftretende Spannung ein exaktes Abbild des jeweiligen Betriebszustandes des Thyristors ist.It can thus be seen very clearly from the oscillograms of FIGS. 4 and 5 explained in more detail above that the voltage occurring at the gate electrode of the thyristor is an exact image of the respective operating state of the thyristor.
Obwohl bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Zündgerätes jeweils zwei Komparatoren CP3, CP4 für die Ansteuerung des Thyristors THY vorgesehen sind, kann auch nur ein einziger zur Ansteuerung benutzt werden. Die Verwendung von zwei parallel geschalteten Komparatoren erhöht die Stärke des Ansteuerimpulses bzw. entlastet den einzelnen Komparator-Ausgangstransistor und bietet sich ferner an, da ohnehin eine vielverbreitete Form als Vierfach-Komparator handelsüblich ist, der beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Komparatoren CP1 bis CP4 enthält.Although in the embodiment shown in FIG Ignitor two comparators CP3, CP4 are provided for the control of the thyristor THY, only a single one can be used for control. The use of two comparators connected in parallel increases the strength of the drive pulse or relieves the load on the individual comparator output transistor and is also useful since a widespread form as a quadruple comparator is already available which contains the comparators CP1 to CP4 in the exemplary embodiment shown.
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