EP0303599B1 - Zündeinrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents
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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
- F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
- F02P3/04—Layout of circuits
- F02P3/045—Layout of circuits for control of the dwell or anti dwell time
- F02P3/0453—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
Definitions
- the invention relates to an ignition device according to the preamble of the main claim.
- An ignition device lying in this direction is already known (according to DE-PS 25 49 526), but its operation is not always satisfactory. For example, there may be fluctuations in the speed or operating voltage or even sample variations in the signal transmitters used, which means that the switching threshold associated with the trigger is not shifted as desired.
- An ignition device for internal combustion engines is also known from US Pat. No. 4,446,843, in which, however, the capacitor designed as a store is also charged when the store should be discharged. The discharge resistance should then be chosen so low that repercussions on the connected encoder cannot be excluded. This circuit arrangement must therefore be matched to the corresponding encoder.
- the object of the invention is to create an ignition device according to the preamble of the main claim and to avoid the aforementioned shortcomings.
- the ignition device shown should belong to the internal combustion engine, not shown, of a motor vehicle, also not shown.
- This ignition device is fed from a direct current source 1, which can be, for example, the battery of the motor vehicle.
- a line 2 connected to ground starts from the negative pole and a supply line 4 containing an operating switch (ignition switch) 3 starts from the positive pole.
- the supply line 4 branches via the primary winding 5 of an ignition coil 6 to a series circuit which consists of an electronic interrupter 7 and a measuring resistor 8.
- the electronic interrupter 7 is formed by a (npn) end transistor 9, which is connected to the primary winding 5 with its collector and to the measuring resistor 8 with its emitter.
- the ignition processes are triggered by a signal generator 10, which is connected upstream of a trigger 11 with the transistors 12, 13, 14.
- the collectors of the transistors 12, 13, 14 each have a connection 18 via one of three resistors 15, 16, 17, which is connected to the supply line 4 via a polarity reversal protection diode 19.
- the base of the transistor 12 is connected via a resistor 20 to one connection of the signal transmitter 10, while the other connection of the signal transmitter 10 is connected via a resistor 21 to the common connection point of two resistors 22, 23 connected in series, this series circuit 22, 23 lies between the emitter of the trigger transistor 14 and the ground line 2.
- the interconnected bases of the trigger transistors 13, 14 are connected to a line 24, which starts from the connection between a resistor 25 and the cathode of a Zener diode 26.
- the resistor 25 and the Zener diode 26 form a series circuit lying between the line 18 and the ground line 2, the Zener diode 26 with its anode facing the ground line 2.
- the emitters of the trigger transistors 12, 13 are connected to one another and to the ground line 2 together via a resistor 11.
- the connection of the signal generator 10 via the resistor 20 to the trigger transistor 12 has a charging resistor 27 to the base of a (npn-) control transistor 28, the collector of which is connected to the collector of the trigger transistor 14 and the emitter of which is connected to the emitter of the trigger transistor 14 .
- a blocking diode 29 with its anode facing this charging resistor 27.
- the base of the control transistor 28 is simultaneously connected to the ground line 2 via an electrical memory 30, preferably via a capacitor 31.
- the memory 30 has a shunt arm 32 with a large resistance value, this shunt arm 32 preferably being formed by a resistor 33 connected in parallel with the memory 30.
- the memory 30 has a shunt branch 34 with a small resistance value, this shunt branch 34 - starting from the connection of the memory 30 facing away from the ground line 2 - first via a blocking diode 35, then via the emitter-collector path of an (npn) control transistor 36 , then through an ohmic resistor 37 and finally over the emitter-collector path of a (npn) discharge transistor 38.
- the base of the control transistor 36 is connected to the common connection of two voltage divider resistors 39, 40 connected in series, this series circuit 39, 40 being located between the line 18 and the ground line 2.
- the base of the control transistor 36 with the interposition of two current mirrors 41, 42 and then via a resistor 43 with the common connection between the trigger transistor 14 and ground line 2 lying voltage divider resistors 22, 23 connection.
- the current mirror 41 consists of a (npn-) transistor 44 and a diode 45, the transistor 44 at its collector with the base of the control transistor 35, at its emitter with the ground line 2 and at its base with the anode or with its cathode diode 45 connected to ground line 2 has connection.
- the second current mirror 42 consists of a (pnp) transistor 46 and a diode 47.
- the transistor 46 lies with its emitter on the stabilized voltage line 24, with its collector at the base of the transistor 44 belonging to the first current mirror and with it Base both on the resistor 43 and on the cathode of the diode 47, the anode of which is also connected to the line 24 carrying the stabilized voltage.
- the discharge transistor 38 is connected with its collector to the connection between the charging resistor 27 and the blocking diode 29, with its emitter to the ground line 2 and with its base to the connection between the breaker 7 and the measuring resistor 8 existing connection, the base of a (npn-) current limiting transistor 49 is connected, the emitter of which is connected to the ground line 2 and the collector of which is connected to the base of the end transistor 9 forming the interrupter 7.
- the base of the end transistor 9 forming the interrupter 7 is connected via a series resistor 50 to the collector of a (pnp) driver transistor 51, the emitter of which is connected to the line 18 via a resistor 52 and the base of which is connected to the collector of the trigger transistor 12.
- connection between the primary winding 5 and the interrupter 7 is the starting point for the secondary circuit of the ignition coil 6, which first leads to the ground line 2 via the secondary winding 53 belonging to the ignition coil 6 and then via a spark plug 54.
- the ignition device just described works as follows:
- the ignition device As soon as the operating switch 3 is closed, the ignition device is operational. It is assumed that the signal generator 10, which is to operate in the manner of a small alternating current generator, just delivers the positive half-wave a, so that, depending on this, the emitter-collector paths of the transistors 12, 51, 9 have a current-carrying state and current via the Ignition coil 6 belonging primary winding 5 is performed to store ignition energy for the upcoming ignition process.
- the transistors 12, 51, 9 are again controlled in their blocking state on their emitter-collector paths, whereupon the current conducted through the primary winding 5 is interrupted and in the a high-voltage pulse is induced in the secondary winding 53 belonging to the ignition coil 6 and causes an ignition spark at the spark plug 54.
- the switching threshold of the trigger 11 which is initially defined by the resistors 22, 23, 27, is shifted relative to the control signal after reaching a certain speed, that is, the switching threshold then is removed from the peak value of the positive half-wave a.
- This process can also be seen in such a way that the closing angle, that is a rotation angle related to the crankshaft of the internal combustion engine, over which the current flow in the primary winding 5 extends.
- the capacitor 31 forming an electrical store 30 is provided. This capacitor 31 is relatively slowly discharged via the resistor 33 when the signal generator 10 supplies its negative half-wave b.
- the capacitor 31 begins to charge via the charging resistor 27 and the blocking diode 29.
- the current flow in the primary winding 5 is also switched on by the interrupter 7, the current rise in the primary winding 5 at the measuring resistor 8 causing the voltage drop to increase over time. If a current value is reached in the primary winding 5, which ensures a sufficient amount of energy for an effective ignition spark, the limiting transistor 49 branches off from the base of the end transistor 9 so much control current that the aforementioned current value is retained.
- the discharge transistor 38 is controlled in its current passing state on its emitter-collector path, whereupon the capacitor 31 is rapidly discharged by the shunt branch 34 with a small resistance value. So that this discharge can be clearly defined, the charge influence exerted by the signal generator 10 on the capacitor 31 via the circuit elements 27, 29 is prevented by the resistor 27 via the blocking diode 48 through the emitter-collector path of the discharge transistor 38 to the ground line 2 is switched. So that the discharge of the capacitor 31 remains undisturbed even in the event of voltage fluctuations at the current source 1, the conductivity at the emitter-collector path of the control transistor 36 is changed by the voltage divider 39, 40 connected to the supply voltage so that this change in conductivity compensates for fluctuations in the supply voltage.
- the shifting of the switching threshold of the trigger 11 takes place in such a way that the capacitor 31 gradually controls the control transistor 28 on its emitter-collector path into the current-passing state, it having to be taken into account that first of all the potential at the emitter of the trigger transistor 14 with the Potential the emitter of the trigger transistor 12 or on the emitter of the trigger transistor 13 matches.
- the shift in the switching threshold associated with the trigger 11 then results from the change in the potential at the connection between the resistors 22, 23, in the sense that the switching threshold is removed from the peak value of the positive half-wave a with increasing speed.
- the conductivity of the emitter-collector path of the control transistor 36 is additionally influenced as a function of the potential present at the connection between the resistors 22, 23 in such a way that the potential at this connection via a network, consisting of the resistor 43 and the two interconnected current mirrors 41, 42 acts on the base of the control transistor 36.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündeinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Es ist (nach DE-PS 25 49 526) bereits eine in dieser Richtung liegende Zündeinrichtung bekannt, die jedoch bezüglich ihrer Arbeitsweise nicht in jedem Fall befriedigt. So kann es dort beispielsweise vorkommen, daß durch Schwankungen der Drehzahl bzw. der Betriebsspannung oder auch durch Exemplarstreuungen bei den zur Anwendung kommenden Signalgebern die Verschiebung der zum Trigger gehörenden Schaltschwelle nicht in der Weise erfolgt, wie das gewünscht ist. Aus der US-PS-4,446,843 ist ebenfalls eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der jedoch die Aufladung des als Speicher ausgebildeten Kondensators auch dann noch erfolgt, wenn der Speicher entladen werden sollte. Hier ist dann der Entladungswiderstand so niedrig zu wählen, daß Rückwirkungen auf den angeschlossenen Geber nicht auszuschließen sind. Diese Schaltungsanordnung muß daher auf die entsprechenden Geber abgestimmt werden.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündeinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen und dabei die vorher erwähnten Unzulänglichkeiten zu vermeiden.
- Diese Aufgabe wird durch Anwendung der im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs genannten Maßnahmen gelöst. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere, daß durch das Abschalten des Aufladevorganges im Speicher bewirkt wird, daß eine Entladung nicht mehr zu schnell vorgenommen werden muß. Hierdurch wird eine relativ hochohn-lige Ankopplung möglich, so daß Rückwirkungen zum Geber vermieden werden.
- In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Maßnahmen für die Realisierung der Erfindung angegeben.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schaltungsmäßig dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Die dargestellte Zündeinrichtung soll zu der nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeuges gehören. Diese Zündeinrichtung wird aus einer Gleichstromquelle 1 gespeist, welche beispielsweise die Batterie des Kraftfahrzeuges sein kann. An der Stromquelle 1 geht von dem Minuspol eine mit Masse verbundene Leitung 2 und von dem Pluspol eine einen Betriebsschalter (Zündschalter) 3 enthaltende Versorgungsleitung 4 aus. Die Versorgungsleitung 4 verzweigt sich über die Primärwicklung 5 einer Zündspule 6 zu einer Serienschaltung, die aus einem elektronischen Unterbrecher 7 und einem Meßwiderstand 8 besteht. Der elektronische Unterbrecher 7 wird durch einen (npn-) Endtransistor 9 gebildet, der mit seinem Kollektor an der Primärwicklung 5 und mit seinem Emitter an dem Meßwiderstand 8 liegt.
- Die Zündvorgänge werden durch einen Signalgeber 10 ausgelöst, der einem Trigger 11 mit den Transistoren 12, 13, 14 vorgeschaltet ist. Die Kollektoren der Transistoren 12, 13, 14 haben je über einen von drei Widerständen 15, 16, 17 mit einer Leitung 18 Verbindung, die über eine Verpolungsschutzdiode 19 an der Versorgungsleitung 4 liegt. Die Basis des Transistors 12 hat über einen Widerstand 20 mit dem einen Anschluß des Signalgebers 10 Verbindung, während der andere Anschluß des Signalgebers 10 über einen Widerstand 21 an den gemeinsamen Verbindungspunkt zweier in Serie geschalteter Widerstände 22, 23 angeschlossen ist, wobei diese Serienschaltung 22, 23 zwischen dem Emitter des Triggertransistors 14 und der Masseleitung 2 liegt. Die miteinander verbundenen Basen der Triggertransistoren 13, 14 sind an eine Leitung 24 angeschlossen, die von der Verbindung zwischen einen Widerstand 25 und der Kathode einer Zenerdiode 26 ausgeht. Der Widerstand 25 und die Zenerdiode 26 bilden eine zwischen der Leitung 18 und der Masseleitung 2 liegende Serienschaltung, wobei die Zenerdiode 26 mit ihrer Anode der Masseleitung 2 zugewandt ist. Die Emitter der Triggertransistoren 12, 13 sind miteinander und gemeinsam über einen Widerstand 11 mit der Masseleitung 2 verbunden.
- Der über den Widerstand 20 an dem Triggertransistor 12 liegende Anschluß des Signalgebers 10 hat über einen Ladewiderstand 27 mit der Basis eines (npn-) Regeltransistors 28 Verbindung, dessen Kollektor an den Kollektor des Triggertransistors 14 und dessen Emitter an den Emitter des Triggertransistors 14 angeschlossen ist. Zwischen der Basis des Regeltransistors 28 und dem Ladewiderstand 27 ist noch eine mit ihrer Anode diesem Ladewiderstand 27 zugewandte Blockierdiode 29 eingefügt. Die Basis des Regeltransistors 28 ist gleichzeitig über einen elektrischen Speicher 30, vorzugsweise über einen Kondensator 31, an die Masseleitung 2 angeschlossen. Der Speicher 30 hat einen Nebenschlußzweig 32 mit großem Widerstandswert, wobei dieser Nebenschlußzweig 32 vorzugsweise durch einen dem Speicher 30 parallel geschalteten Widerstand 33 gebildet wird. Ferner hat der Speicher 30 einen Nebenschlußzweig 34 mit kleinem Widerstandswert, wobei dieser Nebenschlußzweig 34 - ausgehend von dem der Masseleitung 2 abgewandten Anschluß des Speichers 30 - zunächst über eine Blockierdiode 35, dann über die Emitter-Kollektor-Strecke eines (npn-) Steuertransistors 36, danach über einen ohmschen Widerstand 37 und schließlich über die Emitter-Kollektor-Strecke eines (npn-) Entladetransistors 38 verläuft. Die Basis des Steuertransistors 36 ist an die gemeinsame Verbindung zweier in Serie geschaltete Spannungsteilerwiderstände 39, 40 angeschlossen, wobei diese Serienschaltung 39, 40 zwischen der Leitung 18 und der Masseleitung 2 liegt. Außerdem hat die Basis des Steuertransistors 36 unter Zwischenschaltung zweier Stromspiegel 41, 42 und danach über einen Widerstand 43 mit der gemeinsamen Verbindung der zwischen Triggertransistor 14 und Masseleitung 2 liegenden Spannungsteilerwiderstände 22, 23 Verbindung.
- Der Stromspiegel 41 besteht aus einem (npn-) Transistor 44 und einer Diode 45, wobei der Transistor 44 an seinem Kollektor mit der Basis des Steuertransistors 35, an seinem Emitter mit der Masseleitung 2 und an seiner Basis mit der Anode der mit ihrer Kathode mit an Masseleitung 2 liegenden Diode 45 Verbindung hat.
- Der zweite Stromspiegel 42 besteht aus einem (pnp-) Transistor 46 und einer Diode 47. Dabei liegt der Transistor 46 mit seinem Emitter an der stabilisierte Spannung aufweisenden Leitung 24, mit seinem Kollektor an der Basis des zum ersten Stromspiegel gehörenden Transistors 44 und mit seiner Basis sowohl an dem Widerstand 43 als auch an der Kathode der Diode 47, deren Anode ebenfalls an die stabilisierte Spannung führende Leitung 24 angeschlossenen ist. Der Entladetransistor 38 ist mit seinem Kollektor an die zwischen Ladewiderstand 27 und Blockierdiode 29 vorhande Verbindung, mit seinem Emitter an die Masseleitung 2 und mit seiner Basis an die zwischen Unterbrecher 7 und Meßwiderstand 8 vorhandene Verbindung angeschlossen Außerdem ist an die zwischen Unterbrecher 7 und Meßwiderstand 8 vorhandener Verbindung die Basis eines (npn-) Strombegrenzungstransistors 49 angeschlossen, dessen Emitter an der Masseleitung 2 und dessen Kollektor an der Basis des den Unterbrecher 7 bildenden Endtransistors 9 liegt. Außerdem hat die Basis des den Unterbrecher 7 bildenden Endtransistors 9 über einen Vorwiderstand 50 mit dem Kollektor eines (pnp-) Treibertransistors 51 Verbindung, dessen Emitter über einen Widerstand 52 mit der Leitung 18 und dessen Basis mit dem Kollektor des Triggertransistors 12 Verbindung hat.
- Die zwischen der Primärwicklung 5 und dem Unterbrecher 7 vorhandene Verbindung ist Ausgangspunkt für den Sekundärkreis der Zündspule 6, der zunächst über die zur Zündspule 6 gehörende Sekundärwicklung 53 und danach über eine Zündkerze 54 zur Masseleitung 2 führt.
- Die soeben beschrieben Zündeinrichtung hat folgende Wirkungsweise:
- Sobald der Betriebsschalter 3 geschlossen wird, ist die Zündeinrichtung arbeitsfähig. Es wird unterstellt, daß der Signalgeber 10, der nach Art eines kleinen Wechselstromgenerators arbeiten soll, gerade die positive Halbwelle a liefert, so daß in Abhängigkeit davon die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren 12, 51, 9 Stromdurchlaßzustand aufweisen und Strom über die zur Zündspule 6 gehörende Primärwicklung 5 geführt wird, um Zündenergie für den kommenden Zündvorgang zu speichern. Nachdem die positive Halbwelle a den Scheitelwert überschritten und wieder auf einen bestimmten Spannungswert abgefallen ist, werden die Transistoren 12, 51, 9 an ihren Emitter-Kollektor-Strecken wieder in den Sperrzustand gesteuert, woraufhin der über die Primärwicklung 5 gesführte Strom unterbrochen und in der zur Zündspule 6 gehörenden Sekundärwicklung 53 ein Hochspannungsimpuls induziert wird, der an der Zündkerze 54 einen Zündfunken hervorruft.
- Damit für den Zündfunken bis zu hohen Drehzahlen wenigstens nahezu immer der gleiche Energiebedarf bereitsteht, wird nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl die zunächst einmal durch die Widerstände 22, 23, 27 festgelegte Schaltschwelle des Triggers 11 relativ zu dem Steuersignal verschoben, d.h., daß die Schaltschwelle dann von dem Scheitelwert der positiven Halbwelle a entfernt wird. Man kann diesen Vorgang auch so ansehen, daß dann der Schließwinkel, das ist ein auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bezogener Drehwinkel, über den sich der Stromfluß in der Primärwicklung 5 erstreckt, vergrößert wird. Zu diesem Zweck ist der einen elektrischen Speicher 30 bildende Kondensator 31 vorgesehen. Dieser Kondensator 31 wird, wenn der Signalgeber 10 seine negative Halbwelle b liefert über den Widerstand 33 relativ langsam entladen. Hat das Steuersignal beim Ansteigen auf den Scheitelwert der positiven Halbwelle a einen bestimmten Wert erreicht, so beginnt sich der Kondensator 31 über den Ladewiderstand 27 und die Blockierdiode 29 aufzuladen. Dabei wird auch - wie bereits beschrieben - durch den Unterbrecher 7 der Stromfluß in der Primärwicklung 5 eingeschaltet, wobei der Stromanstieg in der Primärwicklung 5 an dem Meßwiderstand 8 eine zeitliche Vergrößerung des Spannungsabfalles hervorruft. Ist in der Primärwicklung 5 ein Stromwert erreicht, der einen für einen wirkungsvollen Zündfunken ausreichenden Energiebetrag sicherstellt, so wird durch den Begrenzungstransistor 49 von der Basis des Endtransistors 9 so viel Steuerstrom abgezweigt, daß der vorerwähnte Stromwert erhalten bleibt. Gleichzeitig wird dabei der Entladetransistor 38 an seiner Emitter-Kollektor-Strecke in den Stromdurchlaßzustand gesteuert, woraufhin sich durch den Nebenschlußzweig 34 mit kleinem Widerstandswert eine schnelle Entladung des Kondensators 31 ergibt. Damit sich diese Entladung eindeutig festlegen läßt, wird der von dem Signalgeber 10 auf den Kondensator 31 über die Schaltungselemente 27, 29 ausgeübte Ladeeinfluß unterbunden, indem der Widerstand 27 über die Blockierdiode 48 durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Entladetransistors 38 an die Masseleitung 2 geschaltet wird. Damit die Entladung des Kondensators 31 auch bei Spannungsschwankungen an der Stromquelle 1 ungestört bleibt, wird durch den an der Speisespannung liegenden Spannungsteiler 39, 40 die Leitfähigkeit an der Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors 36 so verändert, daß diese Leitfähigkeitsveränderung Schwankungen der Speisespannung kompensiert.
- Die Verschiebung der Schaltschwelle des Triggers 11 geschieht in der Weise, daß der Kondensator 31 den Regeltransistor 28 an seiner Emitter-Kollektor-Strecke allmählich in den Stromdurchlaßzustand steuert, wobei zu berücksichtigen ist, daß zunächst einmal das Potential an dem Emitter des Triggertransistors 14 mit dem Potential an dem Emitter des Triggertransistors 12 bzw. an dem Emitter des Triggertransistors 13 übereinstimmt. Die Verschiebung der zu dem Trigger 11 gehörenden Schaltschwelle ergibt sich dann durch die Änderung des Potentials an der zwischen den Widerständen 22, 23 vorhandenen Verbindung, und zwar in dem Sinne, daß mit zunehmender Drehzahl die Schaltschwelle von dem Scheitelwert der positiven Halbwelle a entfernt wird.
- Fälschungen bei der Verschiebung der zu dem Trigger 11 gehörenden Schaltschwelle können sich noch in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und auch in Abhängigkeit von Exemplarstreuungen der zur Anwendung kommenden Signalgeber ergeben. Um solche Fälschungen zu kompensieren, wird die Leitfähigkeit der Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors 36 noch zusätzlich in Abhängigkeit von dem an der Verbindung zwischen den Widerständen 22, 23 vorhandenen Potential beeinflußt und zwar derart, daß das Potential an dieser Verbindung über ein Netzwerk, bestehend aus dem Widerstand 43 und den beiden zusammengeschalteten Stromspiegeln 41,42 auf die Basis des Steuertransistors 36 wirkt.
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