EP0489264A2 - Electronic ignition system - Google Patents

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EP0489264A2
EP0489264A2 EP91118882A EP91118882A EP0489264A2 EP 0489264 A2 EP0489264 A2 EP 0489264A2 EP 91118882 A EP91118882 A EP 91118882A EP 91118882 A EP91118882 A EP 91118882A EP 0489264 A2 EP0489264 A2 EP 0489264A2
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EP
European Patent Office
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ignition
transistor
ignition coil
control
burning time
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EP91118882A
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French (fr)
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EP0489264B1 (en
EP0489264A3 (en
Inventor
Linhard Niemetz
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Conti Temic Microelectronic GmbH
Original Assignee
Telefunken Electronic GmbH
Temic Telefunken Microelectronic GmbH
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Publication of EP0489264A3 publication Critical patent/EP0489264A3/en
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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
    • F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
    • F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
    • 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
    • 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

  • ignition coils which generate the ignition voltage or the ignition current, are controlled via a transmitter and a control unit by means of switching transistors.
  • Older ignition systems with single ignition use a distributor to mechanically distribute the ignition voltage to the individual cylinders; in modern ignition systems, the cylinders are controlled directly - without a mechanical distributor.
  • a high ignition energy of the ignition coil is required for the ignition process; Then, even if the spark plug is contaminated - there is a low-resistance shunt, through which part of the ignition energy flows out of the ignition coil - it is generally ensured that an ignition spark is generated between the spark plug electrodes.
  • the invention has for its object to provide an electronic ignition system that enables an extension of the spark plug life and that can be manufactured inexpensively and in large quantities. This object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous developments of the invention result from the subclaims.
  • the burning time or burning time of the spark plugs - an arc is maintained between the spark plug electrodes during this time - can be varied in the ignition system according to the invention according to a burning time specification by the control device.
  • the maximum burning time can be provided in the cold start attempt, while it is reduced when the engine is already running; Therefore, high-energy or shunt-insensitive ignition can be used without the harmful effects on the spark plug life.
  • the desired or required burning time of the spark plugs can be determined or determined depending on engine parameters and is passed on from the control unit to the output stage.
  • a switching unit with a switch is provided in the output stage, by means of which the primary side of the ignition coil is short-circuited after the burning time specified by the control unit; this extinguishes the spark between the spark plug electrodes and ends the burning time.
  • the switch of the switching unit can be implemented, for example, by transistors or thyristors, NPN transistors, PNP transistors, IGBT transistors and FET transistors being suitable as transistors; the transistors can also be designed as Darlington or tripleton transistors.
  • FIG. 1 shows the schematic block diagram of an electronic ignition system for a motor vehicle.
  • the control unit controls the time course of the ignition or the ignition times t Z by switching the ignition coil on / off, by using the switching edges U Z at the ignition input E Z of the output stage to determine the time course of the current flow I Pr through the primary winding of the ignition coil is specified.
  • a control signal U st for the burning time t Br - depending on engine parameters such as gasoline-air mixture, speed, engine temperature and engine load - is specified at the control input E st of the switching unit of the output stage.
  • the output stage has an ignition IC and the output stage transistor T 1 to control the ignition coil, the ignition IC being used to regulate the output stage transistor - a switching unit by which the secondary-side burning time on the primary side of the ignition coil is controlled.
  • the ignition coil is switched by the transistor T1; on the secondary side of the ignition coil, the individual cylinders are assigned to them with or without a distributor via the spark plugs (terminal 3), the combustion voltage U Br being present across the spark plugs and the combustion current I Br flowing.
  • the primary side of the ignition coil is on the other hand connected via the terminal 15 to the operating voltage U B , on the other hand, the collector voltage of the ignition transistor T 1 is present at the terminal 1.
  • FIG 4 an embodiment of the switching unit is shown, in which the switch was realized by the NPN transistor T2.
  • the switching unit contains, in addition to the switching transistor T2, the drive transistor or driver transistor T3, the resistors R1 to R3 and the diodes D1 and D2.
  • the resistor R1 is used to bias the transistor T2, the resistor R2 as a protective measure in the event of defects and the resistor R3 to control the transistor T3; the diode D1 is a protective diode for the transistor T2.
  • the diode D2 prevents unwanted current flow from terminal 15 through the diode D1 to the transistor T1 at the time when the primary side of the ignition coil is to be charged by turning on the transistor T1; further positive voltage peaks on the supply line are thereby kept away from the emitter of the transistor T2.
  • the transistor is designed, for example, as a Darlington transistor, the emitter of which is connected to the operating voltage U B via the diode D 2 (terminal 15) and the collectors of which form the output of the switching unit to which terminal 1 of the ignition coil is connected.
  • the base of the transistor T2 is connected to the collector of the transistor T3, the emitter of which is connected to the reference potential.
  • the resistor R3 and the operating voltage of the resistor R2 are connected, the second terminals of the resistors R2 and R3 forming the control input E st of the switching unit to which the control voltage U st or the control signal of the control unit is applied. Since usually only a single operating voltage U B (for example 12 V) is present in the motor vehicle, and control of the transistor T 2 is thereby problematic, the voltage increase ⁇ U of the terminal 1 caused by induction processes is compared to the terminal 15 on the primary side of the ignition coil during the Burning time t Br (see FIG. 2b / 3b) is used to control the transistor T2.
  • the base current for the transistor T2 and by the current amplification factor of the collector current or freewheeling current is determined.
  • the control signal U st at the circuit input E st is at HIGH potential - the transistor T3 is turned on and thereby blocks the transistor T2; the switching unit is consequently inactive.
  • the control input E st is actively switched to ground - the control voltage U st goes to LOW potential - and the transistor T3 blocks; the voltage surge ⁇ U pending at terminal 1 during the burning time with respect to terminal 15 controls transistor T2 through resistor R1, so that the primary side of the ignition coil the burn is shorted, broken, and destroyed the stored energy in the ignition coil from the freewheeling current I F.
  • the transistor T 3 remains blocked and the switching unit would - undesirably - be activated with each ignition immediately after the ignition point and the burning time would be interrupted immediately.
  • the pull-up resistor R2 is provided, which supplies the operating voltage U B to the base of the transistor T3, so that it is activated when there is no control voltage U st ; the switching unit is thereby deactivated and an unabridged ignition process with the maximum burning time is made possible.
  • the switch of the switching unit can also be implemented in another way in addition to the embodiment presented above.
  • the switch can be a PNP transistor, IGBT transistor or field effect transistor, and thyristors can also be used.
  • the transistors can be designed, for example, as Darlington transistors or as triple transistors, which have a large current gain.
  • protective measures or protective components for common interference voltages can be provided in the switching unit.

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Abstract

Beschrieben wird ein elektronisches Zündsystem, mit einem Steuergerät, das die Zündzeitpunkte der einzelnen Zylinder vorgibt, einer Zündspule und einer Endstufe mit einem Schalttransistor zur Ansteuerung der Zündspule. Dabei ist in der Endstufe eine Schalteinheit vorgesehen, durch die die Brenndauer der Zündkerzen beeinflußt wird. <IMAGE>An electronic ignition system is described, with a control unit that specifies the ignition times of the individual cylinders, an ignition coil and an output stage with a switching transistor for controlling the ignition coil. In this case, a switching unit is provided in the output stage, through which the burning time of the spark plugs is influenced. <IMAGE>

Description

In elektronischen Zündsystemen werden über einen Geber und ein Steuergerät mittels Schalttransistoren Zündspulen angesteuert, die die Zündspannung bzw. den Zündstrom erzeugen. Ältere Zündsysteme mit Einfachzündung verwenden einen Verteiler, um die Zündspannung mechanisch auf die einzelnen Zylinder zu verteilen, bei modernen Zündsystemen werden die Zylinder - ohne mechanischen Verteiler - direkt angesteuert.
Um das Kaltstartverhalten des Motors zu verbessern, wird eine hohe Zündenergie der Zündspule für den Zündvorgang benötigt; dann ist auch bei Verunreinigungen der Zündkerze - es entsteht ein niederohmiger Nebenschluß, durch den ein Teil der Zündenergie aus der Zündspule abfließt - in der Regel sichergestellt, daß ein Zündfunke zwischen den Zündkerzenelektroden entsteht.
Infolge dieser hohen Zündenergie - sie ist beim warmgelaufenen Motor eigentlich gar nicht mehr erforderlich - wird die Lebensdauer der Zündkerzen stark reduziert. Um das Intervall zum Wechseln der Zündkerzen zu verlängern - beispielsweise von 20.000 km auf 50.000 oder 100.000 km - können verbesserte Zündkerzen eingesetzt werden, die jedoch sehr teuer sind.In electronic ignition systems, ignition coils, which generate the ignition voltage or the ignition current, are controlled via a transmitter and a control unit by means of switching transistors. Older ignition systems with single ignition use a distributor to mechanically distribute the ignition voltage to the individual cylinders; in modern ignition systems, the cylinders are controlled directly - without a mechanical distributor.
In order to improve the cold start behavior of the engine, a high ignition energy of the ignition coil is required for the ignition process; Then, even if the spark plug is contaminated - there is a low-resistance shunt, through which part of the ignition energy flows out of the ignition coil - it is generally ensured that an ignition spark is generated between the spark plug electrodes.
As a result of this high ignition energy - it is actually no longer necessary when the engine is warmed up - the life of the spark plugs is greatly reduced. In order to extend the interval for changing the spark plugs - for example from 20,000 km to 50,000 or 100,000 km - improved spark plugs can be used, but these are very expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Zündsystem anzugeben, das eine Verlängerung der Zündkerzenlebensdauer ermöglicht und das kostengünstig und in großen Stückzahlen hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention has for its object to provide an electronic ignition system that enables an extension of the spark plug life and that can be manufactured inexpensively and in large quantities. This object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous developments of the invention result from the subclaims.

Die Brenndauer oder Brennzeit der Zündkerzen - während dieser Zeit wird ein Lichtbogen zwischen den Zündkerzenelektroden aufrechterhalten - kann beim erfindungsgemäßen Zündsystem gemäß einer Brenndauer-Vorgabe durch das Steuergerät variiert werden.
Insbesondere kann beim Kaltstartversuch die maximale Brenndauer vorgesehen werden, während sie beim bereits laufenden Motor reduziert wird; deshalb kann auch eine energiereiche bzw. nebenschluß-unempfindliche Zündung eingesetzt werden, ohne daß deren schädliche Auswirkungen für die Zündkerzenlebensdauer auftreten. Die gewünschte bzw. erforderliche Brenndauer der Zündkerzen kann in Abhängigkeit von Motorparametern bestimmt bzw. festgelegt werden und wird vom Steuergerät an die Endstufe weitergegeben.
In der Endstufe ist zur Beeinflussung der Brenndauer eine Schalteinheit mit einem Schalter vorgesehen, durch die die Primärseite der Zündspule nach Ablauf der vom Steuergerät vorgegebenen Brenndauer kurzgeschlossen wird; dadurch wird der Zündfunken zwischen den Zündkerzenelektroden zum Erlöschen gebracht und die Brenndauer beendet. Dabei entsteht in der Schalteinheit ein Freilaufstrom, durch den die in der Zündspule gespeicherte Energie dissipiert wird, wobei dieser Energie-Betrag umso größer ist, je mehr die vorgegebene Brenndauer gegenüber der maximalen Brenndauer verkürzt wird.
Der Schalter der Schalteinheit kann beispielsweise durch Transistoren oder Thyristoren realisiert werden, wobei als Transistoren NPN-Transistoren, PNP-Transistoren, IGBT-Transistoren und FET-Transistoren in Frage kommen; die Transistoren können dabei auch als Darlington- oder Tripleton-Transistoren ausgebildet sein.The burning time or burning time of the spark plugs - an arc is maintained between the spark plug electrodes during this time - can be varied in the ignition system according to the invention according to a burning time specification by the control device.
In particular, the maximum burning time can be provided in the cold start attempt, while it is reduced when the engine is already running; Therefore, high-energy or shunt-insensitive ignition can be used without the harmful effects on the spark plug life. The desired or required burning time of the spark plugs can be determined or determined depending on engine parameters and is passed on from the control unit to the output stage.
In order to influence the burning time, a switching unit with a switch is provided in the output stage, by means of which the primary side of the ignition coil is short-circuited after the burning time specified by the control unit; this extinguishes the spark between the spark plug electrodes and ends the burning time. This creates a freewheeling current in the switching unit through which the energy stored in the ignition coil is dissipated, this amount of energy the greater the shorter the specified burning time compared to the maximum burning time.
The switch of the switching unit can be implemented, for example, by transistors or thyristors, NPN transistors, PNP transistors, IGBT transistors and FET transistors being suitable as transistors; the transistors can also be designed as Darlington or tripleton transistors.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Figuren 1 bis 4 näher beschrieben werden.
Dabei zeigen:

Figur 1
das Prinzipschaltbild eines elektronischen Zündsystems,
Figur 2
die zeitlichen Signalverläufe bei maximaler Brennzeit,
Figur 3
die zeitlichen Signalverläufe bei verkürzter Brennzeit,
Figur 4
das Detailschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Schaltungsteils der Endstufe.
The invention will be described below with reference to Figures 1 to 4.
Show:
Figure 1
the basic circuit diagram of an electronic ignition system,
Figure 2
the temporal signal curves at maximum burning time,
Figure 3
the temporal signal curves with a shortened burning time,
Figure 4
the detailed circuit diagram of an embodiment of the circuit part of the output stage.

In der Figur 1 ist das schematische Blockschaltbild eines elektronischen Zündsystems für ein Kraftfahrzeug dargestellt.
Das Steuergerät steuert den zeitlichen Verlauf der Zündung bzw. die Zündzeitpunkte tZ durch Ein-/Ausschalten der Zündspule, indem über die Schaltflanken UZ am Zündeingang EZ der Endstufe der zeitliche Verlauf des Stromflusses IPr durch die Primärwicklung der Zündspule vorgegeben wird. Außerdem wird ein Steuersignal Ust für die Brenndauer tBr - abhängig von Motorparametern wie Benzin-Luft-Gemisch, Drehzahl, Motortemperatur und Motorlast - am Steuereingang Est der Schalteinheit der Endstufe vorgegeben.
Die Endstufe besitzt neben dem Zündschaltgerät - mit einem Zünd-IC und dem Endstufentransistor T₁ zur Ansteuerung der Zündspule, wobei das Zünd-IC zur Regelung des Endstufentransistors dient - noch eine Schalteinheit, durch die die sekundärseitige Brenndauer auf der Primärseite der Zündspule gesteuert wird.
Die Zündspule wird vom Transistor T₁ geschaltet; auf der Sekundärseite der Zündspule sind dieser mit bzw. ohne Verteiler die einzelnen Zylinder über die Zündkerzen (Klemme 3) zugeordnet, wobei über den Zündkerzen die Brennspannung UBr ansteht und der Brennstrom IBr fließt. Die Primärseite der Zündspule ist andererseits über die Klemme 15 an die Betriebsspannung UB angeschlossen, andererseits liegt an der Klemme 1 die Kollektorspannung des Zündtransistors T₁ an.FIG. 1 shows the schematic block diagram of an electronic ignition system for a motor vehicle.
The control unit controls the time course of the ignition or the ignition times t Z by switching the ignition coil on / off, by using the switching edges U Z at the ignition input E Z of the output stage to determine the time course of the current flow I Pr through the primary winding of the ignition coil is specified. In addition, a control signal U st for the burning time t Br - depending on engine parameters such as gasoline-air mixture, speed, engine temperature and engine load - is specified at the control input E st of the switching unit of the output stage.
In addition to the ignition switching device, the output stage has an ignition IC and the output stage transistor T 1 to control the ignition coil, the ignition IC being used to regulate the output stage transistor - a switching unit by which the secondary-side burning time on the primary side of the ignition coil is controlled.
The ignition coil is switched by the transistor T₁; on the secondary side of the ignition coil, the individual cylinders are assigned to them with or without a distributor via the spark plugs (terminal 3), the combustion voltage U Br being present across the spark plugs and the combustion current I Br flowing. The primary side of the ignition coil is on the other hand connected via the terminal 15 to the operating voltage U B , on the other hand, the collector voltage of the ignition transistor T 1 is present at the terminal 1.

Die Figur 2 zeigt die zeitlichen Signalverläufe bei einer Zündung mit der maximal möglichen Brennzeit, wobei in den Figuren 2a - 2e das Steuersignal für die Brenndauer (die Steuerspannung Ust), die Spannung auf der Primärseite der Zündspule (UPr), die Spannung auf der Sekundärseite der Zündspule (Brennspannung UBr), der Strom auf der Sekundärseite der Zündspule (Brennstrom IBr) sowie der Freilaufstrom (IF) in der Schalteinheit dargestellt sind.
Gemäß Figur 2a ist das vom Steuergerät vorgegebene und die Brenndauer bestimmende Steuersignal länger als die maximale Brennzeit, so daß ein "normaler" Zündzyklus mit einer unverkürzten Brenndauer tBr von beispielsweise 3 ms vorliegt, wie er beispielsweise beim Kaltstart erforderlich ist:

  • der Schalttransistor T₁ wird durch die im Steuergerät erzeugten Schaltflanken UZ gesteuert, wobei beim Abschalten des Transistors der Stromfluß durch die Zündspule unterbrochen und eine Induktionsspannung auf der Primärseite der Zündspule induziert wird.
  • der Spannungsanstieg auf der Primärseite der Zündspule - die in Figur 2b dargestellte Primärspannung UPr oder Rückschlagspannung, die beispielsweise 380 bis 400 V beträgt - wird durch Induktion auf die Sekundärseite der Zündspule übertragen.
  • ist die Induktionsspannung auf der Sekundärseite auf einen bestimmten Wert (beispielsweise 20 kV) angestiegen, erfolgt durch einen Funkenüberschlag zwischen den Zündkerzenelektroden die Zündung (Zündzeitpunkt tZ); infolgedessen fällt die Spannung auf der Sekundärseite von 20 kV auf ca. 400 V ab - dies ist die sogenannte Brennspannung UBr (Figur 2c).
  • die in der Zündspule beim Aufladevorgang gespeicherte Energie bestimmt die Brennzeit bzw. Brenndauer tBr; der Brennstrom IBr (Figur 2d) fließt so lange bzw. der Lichtbogen zwischen den Zündkerzenelektroden (die Brennspannung UBr) steht so lange an, bis die gespeicherte Energie verbraucht bzw. in den Zündkerzen umgesetzt ist.
  • nach Ablauf des Zündvorgangs geht die Rückschlagspannung auf der Primärseite (Figur 2b) von ihrem Maximalwert (380 - 400 V) auf die Betriebsspannung (beispielsweise 12 V) zurück.
  • da die Schalteinheit der Endstufe während der Brennzeit nicht aktiviert wurde, fließt gemäß Figur 2e kein Freilaufstrom IF.
FIG. 2 shows the signal waveforms in the case of an ignition with the maximum possible burning time, in FIGS. 2a-2e the control signal for the burning time (the control voltage U st ), the voltage on the primary side of the ignition coil (U Pr ), and the voltage the secondary side of the ignition coil (operating voltage U Br ), the current on the secondary side of the ignition coil (combustion current I Br ) and the freewheeling current (I F ) are shown in the switching unit.
According to FIG. 2a, the control signal predetermined by the control device and determining the burning time is longer than the maximum burning time, so that a "normal" ignition cycle with an unabridged burning time t Br of, for example, 3 ms, as is required, for example, during a cold start:
  • the switching transistor T₁ is controlled by the switching edges U Z generated in the control unit, the current flow through the ignition coil being interrupted when the transistor is switched off and an induction voltage being induced on the primary side of the ignition coil.
  • the voltage rise on the primary side of the ignition coil - the primary voltage U Pr or kickback voltage shown in FIG. 2b, which is, for example, 380 to 400 V - is transmitted to the secondary side of the ignition coil by induction.
  • If the induction voltage on the secondary side has risen to a certain value (for example 20 kV), the ignition takes place by a sparkover between the spark plug electrodes (ignition timing t Z ); as a result, the voltage on the secondary side drops from 20 kV to approx. 400 V - this is the so-called burning voltage U Br (FIG. 2c).
  • the energy stored in the ignition coil during the charging process determines the burning time or burning time t Br ; the combustion current I Br (FIG. 2d) flows or the arc between the spark plug electrodes (the combustion voltage U Br ) is present until the stored energy is consumed or converted into the spark plugs.
  • after the ignition process has elapsed, the flashback voltage on the primary side (FIG. 2b) returns from its maximum value (380-400 V) to the operating voltage (for example 12 V).
  • since the switching unit of the output stage was not activated during the burning time, no freewheeling current I F flows according to FIG. 2e.

Die Figur 3 zeigt entsprechend der Figur 2 die Signalverläufe bei einer Zündung mit verkürzter Brennzeit, wobei in den Figuren 3a - 3e die zu den Figuren 2a - 2e korrespondierenden Größen aufgetragen sind.
Das vom Steuergerät vorgegebene Steuersignal (Steuerspannung Ust) geht gemäß Figur 3a beispielsweise bereits nach 2 ms - also vor Ablauf der maximal möglichen Brennzeit von beispielsweise 3 ms - vom "HIGH"-Pegel zum "LOW"-Pegel über und aktiviert dadurch die Schalteinheit der Endstufe, die die Primärseite der Zündspule kurzschließt:

  • gemäß Figur 3b sinkt dadurch die Primärspannung UPr signifikant ab
  • die Brennspannung UBr wird gemäß Figur 3c auf einen Wert reduziert, der nicht mehr ausreicht, um den Überschlag zwischen den Zündkerzenelektroden aufrechtzuerhalten, der Brennvorgang wird beendet
  • der Brennstrom IBr geht gemäß Figur 3d unmittelbar nach Aktivierung der Schalteinheit gegen 0 mA
  • der Freilaufstrom IF durch die Schalteinheit (Figur 3e) fließt so lange, bis die in der Spule gespeicherte Energie dissipiert wurde; dabei muß umso mehr Energie vernichtet werden, je kürzer die vorgegebene Brennzeit ist. Der Betrag des Freilaufstroms IF hängt demzufolge vom Zeitpunkt der Aktivierung der Schalteinheit ab; sein Maximalwert kann so groß wie der Primärstrom sein, mit dem die Spule geladen wurde (tBr = 0). Mit zunehmender Brenndauer nimmt IF ab, da bereits ein Teil der gespeicherten Energie in der Zündkerze umgesetzt wurde.
FIG. 3 shows, corresponding to FIG. 2, the signal curves in the case of an ignition with a shortened burning time, the quantities corresponding to FIGS. 2a to 2e being plotted in FIGS. 3a to 3e.
According to FIG. 3a, the control signal (control voltage U st ) specified by the control unit changes from "HIGH" level to "LOW" level after 2 ms, for example, before the maximum possible burning time of 3 ms, for example, and thereby activates the switching unit the output stage that shorts the primary side of the ignition coil:
  • 3b, the primary voltage U Pr drops significantly as a result
  • 3c, the burning voltage U Br is reduced to a value which is no longer sufficient to maintain the flashover between the spark plug electrodes, the burning process is ended
  • According to FIG. 3d, the combustion current I Br goes towards 0 mA immediately after activation of the switching unit
  • the freewheeling current I F through the switching unit (FIG. 3e) flows until the energy stored in the coil has been dissipated; the more energy that has to be destroyed, the shorter the specified burning time. The amount of the freewheeling current I F therefore depends on the time of activation of the switching unit; its maximum value can be as large as the primary current with which the coil was charged (t Br = 0). With increasing burning time, I F decreases because part of the stored energy has already been converted in the spark plug.

In der Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Schalteinheit dargestellt, bei dem der Schalter durch den NPN-Transistor T₂ realisiert wurde.
Die Schalteinheit enthält neben dem Schalttransistor T₂ den Ansteuertransistor bzw. Treibertransistor T₃, die Widerstände R₁ bis R₃ und die Dioden D₁ und D₂. Der Widerstand R₁ dient zur Vorspannung des Transistors T₂, der Widerstand R₂ als Schutzmaßnahme bei Defekten und der Widerstand R₃ zur Ansteuerung des Transistors T₃; die Diode D₁ ist eine Schutzdiode für den Transistor T₂. Die Diode D₂ verhindert einen ungewollten Stromfluß von Klemme 15 durch die Diode D₁ zum Transistor T₁ zu dem Zeitpunkt, zu dem durch das Einschalten des Transistors T₁ die Primärseite der Zündspule geladen werden soll; weiterhin werden dadurch vom Emitter des Transistors T₂ positive Spannungsspitzen auf der Versorgungsleitung ferngehalten. Der Transistor ist beispielsweise als Darlington-Transistor ausgebildet, dessen Emitter über die Diode D₂ an die Betriebsspannung UB angeschlossen ist (Klemme 15) und dessen Kollektoren, die den Ausgang der Schalteinheit bilden, mit der Klemme 1 der Zündspule verbunden sind. Die Basis des Transistors T₂ ist mit dem Kollektor des Transistors T₃ verbunden, dessen Emitter an Bezugspotential angeschlossen ist. An der Basis des Transistors T₃ ist der Widerstand R₃ und an der Betriebsspannung der Widerstand R₂ angeschlossen, wobei die zweiten Anschlüsse der Widerstände R₂ und R₃ den Steuereingang Est der Schalteinheit bilden, an dem die Steuerspannung Ust bzw. das Steuersignal des Steuergeräts anliegt.
Da im Kraftfahrzeug üblicherweise nur eine einzige Betriebsspannung UB (beispielsweise 12 V) vorhanden ist, und sich eine Ansteuerung des Transistors T₂ dadurch problematisch gestaltet, wird die durch Induktionsvorgänge verursachte Spannungserhöhung ΔU der Klemme 1 gegenüber der Klemme 15 auf der Primärseite der Zündspule während der Brennzeit tBr (vgl. Figur 2b/Figur 3b) zur Ansteuerung des Transistors T₂ ausgenützt. Durch die Spannungserhöhung ΔU und den Widerstand R₁ wird der Basisstrom für den Transistor T₂ und durch dessen Stromverstärkungsfaktor der Kollektorstrom bzw. Freilaufstrom festgelegt.
Während der gewünschten Brennzeit ist das Steuersignal Ust am Schaltungseingang Est auf HIGH-Potential - der Transistor T₃ wird durchgesteuert und sperrt dadurch den Transistor T₂; die Schalteinheit ist folglich inaktiv. Wenn die vorgegebene Brennzeit erreicht ist, wird der Steuereingang Est aktiv gegen Masse geschaltet - die Steuerspannung Ust geht auf LOW-Potential - und der Transistor T₃ sperrt; die an der Klemme 1 während der Brennzeit anstehende Spannungsüberhöhung ΔU gegenüber der Klemme 15 steuert über den Widerstand R₁ den Transistor T₂ durch, so daß die Primärseite der Zündspule kurzgeschlossen wird, der Brennvorgang abgebrochen, und die in der Zündspule gespeicherte Energie vom Freilaufstrom IF vernichtet wird. Die gewünschte Brenndauer kann dabei von der Steuerelektronik beliebig vorgegeben werden und kann sich von der Zeit tBr = 0 (keine Zündung) bis zur maximal möglichen Brennzeit erstrecken.
Falls durch einen Defekt (beispielsweise Bruch des Est-Kabel) keine Steuerspannung Ust am Steuereingang Est anliegt, bleibt der Transistor T₃ gesperrt und die Schalteinheit würde - unerwünschterweise - bei jeder Zündung unmittelbar nach dem Zündzeitpunkt aktiviert und die Brenndauer sofort abbrechen. Um dies zu vermeiden, ist der Pull-up-Widerstand R₂ vorgesehen, der die Betriebsspannung UB der Basis des Transistors T₃ zuführt, so daß dieser bei fehlender Steuerspannung Ust aktiviert wird; die Schalteinheit wird dadurch deaktiviert, und ein unverkürzter Zündvorgang mit der maximalen Brennzeit ermöglicht.In Figure 4 an embodiment of the switching unit is shown, in which the switch was realized by the NPN transistor T₂.
The switching unit contains, in addition to the switching transistor T₂, the drive transistor or driver transistor T₃, the resistors R₁ to R₃ and the diodes D₁ and D₂. The resistor R₁ is used to bias the transistor T₂, the resistor R₂ as a protective measure in the event of defects and the resistor R₃ to control the transistor T₃; the diode D₁ is a protective diode for the transistor T₂. The diode D₂ prevents unwanted current flow from terminal 15 through the diode D₁ to the transistor T₁ at the time when the primary side of the ignition coil is to be charged by turning on the transistor T₁; further positive voltage peaks on the supply line are thereby kept away from the emitter of the transistor T₂. The transistor is designed, for example, as a Darlington transistor, the emitter of which is connected to the operating voltage U B via the diode D 2 (terminal 15) and the collectors of which form the output of the switching unit to which terminal 1 of the ignition coil is connected. The base of the transistor T₂ is connected to the collector of the transistor T₃, the emitter of which is connected to the reference potential. At the base of the transistor T₃, the resistor R₃ and the operating voltage of the resistor R₂ are connected, the second terminals of the resistors R₂ and R₃ forming the control input E st of the switching unit to which the control voltage U st or the control signal of the control unit is applied.
Since usually only a single operating voltage U B (for example 12 V) is present in the motor vehicle, and control of the transistor T 2 is thereby problematic, the voltage increase ΔU of the terminal 1 caused by induction processes is compared to the terminal 15 on the primary side of the ignition coil during the Burning time t Br (see FIG. 2b / 3b) is used to control the transistor T₂. By increasing the voltage ΔU and the resistance R₁, the base current for the transistor T₂ and by the current amplification factor of the collector current or freewheeling current is determined.
During the desired burning time, the control signal U st at the circuit input E st is at HIGH potential - the transistor T₃ is turned on and thereby blocks the transistor T₂; the switching unit is consequently inactive. When the predetermined burning time is reached, the control input E st is actively switched to ground - the control voltage U st goes to LOW potential - and the transistor T₃ blocks; the voltage surge ΔU pending at terminal 1 during the burning time with respect to terminal 15 controls transistor T₂ through resistor R₁, so that the primary side of the ignition coil the burn is shorted, broken, and destroyed the stored energy in the ignition coil from the freewheeling current I F. The desired electronic burn time can be predetermined by the control electronics and can extend from the time t Br = 0 (no ignition) to the maximum possible burn time.
If there is no control voltage U st at the control input E st due to a defect (for example breakage of the E st cable), the transistor T 3 remains blocked and the switching unit would - undesirably - be activated with each ignition immediately after the ignition point and the burning time would be interrupted immediately. To avoid this, the pull-up resistor R₂ is provided, which supplies the operating voltage U B to the base of the transistor T₃, so that it is activated when there is no control voltage U st ; the switching unit is thereby deactivated and an unabridged ignition process with the maximum burning time is made possible.

Der Schalter der Schalteinheit läßt sich neben der oben vorgestellten Ausführungsform auch noch auf andere Weise realisieren. Beispielsweise kann der Schalter ein PNP-Transistor, IGBT-Transistor oder Feldeffekt-Transistor sein, daneben können auch Thyristoren eingesetzt werden. Die Transistoren können beispielsweise als Darlington-Transistoren oder als Triple-Transistoren, die eine große Stromverstärkung aufweisen, ausgebildet sein.
Außerdem können in der Schalteinheit Schutzmaßnahmen bzw. Schutz-Bauelemente für Kfz-übliche Störspannungen vorgesehen werden.The switch of the switching unit can also be implemented in another way in addition to the embodiment presented above. For example, the switch can be a PNP transistor, IGBT transistor or field effect transistor, and thyristors can also be used. The transistors can be designed, for example, as Darlington transistors or as triple transistors, which have a large current gain.
In addition, protective measures or protective components for common interference voltages can be provided in the switching unit.

Claims (7)

Elektronisches Zündsystem, mit einem Steuergerät, das die Zündzeitpunkte der einzelnen Zylinder vorgibt, einer Zündspule und einer Endstufe mit einem Schalttransistor (T₁) zur Ansteuerung der Zündspule, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endstufe eine Schalteinheit vorgesehen ist, durch die die Brenndauer (tBr) der Zündkerzen beeinflußt wird.Electronic ignition system, with a control unit which specifies the ignition times of the individual cylinders, an ignition coil and an output stage with a switching transistor (T₁) for controlling the ignition coil, characterized in that a switching unit is provided in the output stage by which the burning time (t Br ) the spark plugs are affected. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinheit einen Schalter enthält, der in Abhängigkeit der vom Steuergerät vorgegebenen Brenndauer die Primärseite der Zündspule kurzschließt, wodurch die Brenndauer (tBr) der Zündkerzen beendet wird, und daß beim Schließen des Schalters in der Schalteinheit ein Freilaufstrom (IF) erzeugt wird, durch den die in der Zündspule gespeicherte Energie dissipiert wird.Ignition system according to Claim 1, characterized in that the switching unit contains a switch which short-circuits the primary side of the ignition coil as a function of the burning time specified by the control device, as a result of which the burning time (t Br ) of the spark plugs is ended, and in that when the switch is closed in the switching unit a freewheeling current (I F ) is generated by which the energy stored in the ignition coil is dissipated. Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter der Schalteinheit ein Transistor oder Thyristor ist.Ignition system according to claim 1 or 2, characterized in that the switch of the switching unit is a transistor or thyristor. Zündsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor als bipolarer Transistor mit einer oder mehreren Kollektorelektroden ausgebildet ist.Ignition system according to claim 3, characterized in that the switching transistor is designed as a bipolar transistor with one or more collector electrodes. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor ein NPN-Transistor (T₂) ist, dessen Kollektor mit der Klemme 1 der Zündspule und dessen Emitter mit der Klemme 15 der Zündspule verbunden ist, daß an der Basis des Schalttransistors der Kollektor eines Ansteuertransistors (T₃) angeschlossen ist, und daß die Basis des Ansteuertransistors mit dem Steuerausgang des Steuergeräts verbunden ist.Ignition system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the switching transistor is an NPN transistor (T₂), the collector of which is connected to terminal 1 of the ignition coil and the emitter of which is connected to terminal 15 of the ignition coil, that at the base of the switching transistor the collector of a drive transistor (T₃) is connected, and that the base of the drive transistor is connected to the control output of the control unit. Zündsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Basis des Schalttransistors (T₂) ein Widerstand (R₁) angeschlossen ist, dessen anderer Anschluß mit der Klemme 1 der Zündspule verbunden ist.Ignition system according to Claim 5, characterized in that a resistor (R₁) is connected to the base of the switching transistor (T₂), the other connection of which is connected to terminal 1 of the ignition coil. Zündsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung (Ust) am Steuerausgang des Steuergeräts der Basis des Ansteuertransistors (T₃) über einen Widerstand (R₃) zugeführt wird, daß der Steuereingang (Est) mit einem weiteren Widerstand (R₂) mit der Klemme 15 der Zündspule verbunden ist, und daß zwischen dem Emitter des Schalttransistors (T₂) und der Klemme 15 der Zündspule eine Diode (D₂) angeordnet ist.Ignition system according to Claim 5 or 6, characterized in that the control voltage (U st ) at the control output of the control unit is supplied to the base of the control transistor (T₃) via a resistor (R₃), that the control input (E st ) is connected to a further resistor (R₂ ) is connected to the terminal 15 of the ignition coil, and that a diode (D₂) is arranged between the emitter of the switching transistor (T₂) and the terminal 15 of the ignition coil.
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