DE1225444B

DE1225444B - Ignition device for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1225444B
Application number: DEB64274A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerhard Soehner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1961-10-06
Filing date: 1961-10-06
Publication date: 1966-09-22
Also published as: GB1017735A

Description

Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündeinrichtung für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen mit einer aus einer Gleichstromquelle über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Schalttransistors gespeisten Zündspule, deren Primärwicklung mit einem Wicklungsende an einem der Pole der Gleichstromquelle und mit ihrem anderen Ende an den Kollektor des an seinem Emitter unmittelbar mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle verbundenen Transistors angeschlossen ist, und mit einem zwischen der Basis und dem einen Pol sowie der Primärwicklung angeordneten Unterbrecher sowie mit einem zwischen der Basis einerseits und dem anderen, mit dem Emitter verbundenen Pol andererseits angeordneten Emitter-Basis-Widerstand.Ignition device for internal combustion engines The invention relates on an ignition device for mixture-compressing internal combustion engines with one off a direct current source via the emitter-collector path of a switching transistor powered ignition coil, the primary winding of which with one end of the winding at one of the Poles of the direct current source and with their other end to the collector of the at his Emitter directly connected to the other pole of the direct current source transistor is connected, and with one between the base and the one pole as well as the Primary winding arranged breaker and with one between the base on the one hand and the other pole connected to the emitter, on the other hand, arranged emitter-base resistor.

Infolge der Induktivität der Zündspule bildet sich unmittelbar im Anschluß an die beim Öffnen des Unterbrechers und Sperren des Schalttransistors entstehende erste, negative Zündspannungshalbwelle eine positive Spannungshalbwelle aus, der je nach der im Zündkreis vorhandenen Dämpfung noch weitere, in ihrer Amplitude schwächer werdende, positive und negative Halbwellen folgen können. Durch diese Halbwellen werden die im Transistor vorhandenen p-n-Sperrschichten zwischen dem Emitter und der Basis einerseits und der Basis und dem Kollektor andererseits abwechslungsweise stark belastet. Dies gilt wegen der großen Amplituden vor allem während der ersten, negativ polarisierten und während der zweiten, positiv polarisierten Spannungshalbwelle. Man kann zwar mit geeigneten Maßnahmen die Durchschlagfestigkeit der während der ersten Spannungshalbwelle in ihrer Sperrichtung beanspruchten Sperrschicht zwischen der Basis und dem Kollektor verhältnismäßig leicht erhöhen. Während der zweiten Halbwelle ist diese Sperrschicht aber in Durchlaßrichtung beansprucht, was zur Folge bat, daß die zweite Spannungshalbwelle praktisch ungeschwächt an der Sperrschicht zwischen Emitter und Basis des Transistors auftritt, wobei diese Sperrschicht entgegen ihrer Durchlaßrichtung belastet ist und daher vor allem bei einem sekundären, beispielsweise durch Bruch eines Zündkerzenkabels verursachten Leerlauf der Zündspule durchschlagen kann. Es ist jedoch schwierig, die zulässige Sperrspannung für die Emitter-Basis-Strecke zu vergrößern, weil diese in erster Linie für eine kräftige Emission der Ladungsträger bemessen werden muß.As a result of the inductance of the ignition coil, the Connection to the opening of the breaker and blocking of the switching transistor resulting first, negative ignition voltage half-wave a positive voltage half-wave off, which, depending on the damping present in the ignition circuit, still further, in its amplitude weaker, positive and negative half-waves can follow. Through this The p-n barrier layers in the transistor between the Emitter and the base on the one hand and the base and the collector on the other hand alternately heavily loaded. Because of the large amplitudes, this is especially true during the first negatively polarized and during the second, positively polarized voltage half-wave. You can take appropriate measures to increase the dielectric strength of the during the first voltage half-wave in its reverse direction claimed barrier layer between increase the base and the collector relatively easily. During the second Half-wave, this barrier layer is stressed in the forward direction, which results asked that the second voltage half-wave was practically unattenuated at the barrier layer occurs between the emitter and base of the transistor, with this junction opposite their forward direction is loaded and therefore especially in a secondary, for example A breakdown in the ignition coil caused by a break in a spark plug lead can. However, it is difficult to determine the permissible reverse voltage for the emitter-base path because this is primarily responsible for a powerful emission of the charge carriers must be measured.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei welcher vermieden wird, daß an der Emitter-Basis-Strecke des Schalttransistors unzulässig hohe Sperrspannungen auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Zündeinrichtung der eingangs beschriebenen Art mit einem Emitter-Basis-Widerstand, der einerseits an die Basis und andererseits an den mit dem Emitter des Transistors verbundenen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen ist, dadurch gelöst, daß parallel zu diesem Emitter-Basis-Widerstand ein Begrenzungsgleichrichter parallel geschaltet ist, dessen Durchlaßrichtung zu derjenigen der Emitter-Basis-Strecke des Transistors entgegengesetzt gerichtet ist.The invention was based on the object of providing a circuit arrangement create, in which it is avoided that at the emitter-base path of the switching transistor Inadmissibly high reverse voltages occur. According to the invention, this object is achieved in an ignition device of the type described above with an emitter-base resistor, on the one hand to the base and on the other hand to the one with the emitter of the transistor connected pole of the direct current source is connected, solved in that parallel a limiting rectifier connected in parallel to this emitter-base resistor whose forward direction is that of the emitter-base path of the transistor is directed in the opposite direction.

Aus der deutschen Patentschrift 933 820 sind zwar bereits Schutzanordnungen für gegen überspannungen empfindliche Verbraucher bekanntgeworden, bei denen parallel zu dem Verbraucher die Reihenschaltung aus einem` ohmschen Widerstand und einem Gleichrichter vorgesehen ist, wobei der Gleichrichter in seiner Sperrichtung betrieben und nach Art einer Zenerdiode dann stark stromleitend wird, wenn die am Verbraucher liegende Spannung den Durchbruchswert überschreitet. Für eine solche Betriebsweise geeignete, nach einem Durchschlag in der Sperrichtung noch betriebsfähige Gleichrichter sind nicht nur teuer in der Herstellung, da sie für hohe Durchbruchswerte in Sperrichtung bemessen sein müssen, damit die primäre Zündspannung bei normaler sekundärseitiger Belastung der Zündspule diese Durchbruchswerte während der ersten, für den Zündvorgang besonders wichtigen Spannungswelle nicht erreicht. Im erwähnten Leerlauffalle treten infolge des Durchbruchs erhebliche Kurzschlußströme in derartigen Gleichrichtern auf, gegenüber denen die Gleichrichter ihrerseits nur durch entsprechend bemessene Reihenwiderstände geschützt werden können. Dies ändert sich auch dann nicht wesentlich, wenn man eine Zenerdiode parallel zur Emhter-Kollektor-Strecke des Transistors vorsieht. In beiden Fällen wird die auf die erste Halbwelle folgende positive, zweite Halbwelle kurzgeschlossen, weil dann die Zenerdiode in ihrer Durchlaßrichtung beansprucht ist und hier nur einen Schwellwert von einigen Zehntelvolt hat.From the German patent specification 933 820 there are already protection orders for consumers sensitive to overvoltages, where parallel to the consumer the series connection of an ohmic resistor and a Rectifier is provided, the rectifier operated in its reverse direction and then becomes very conductive like a Zener diode when the consumer lying voltage exceeds the breakdown value. For such a mode of operation Suitable rectifiers that are still operational after a breakdown in the reverse direction are not only expensive to manufacture because they have high breakdown values in the reverse direction Must be rated so that the primary ignition voltage at normal secondary Load the ignition coil with these breakdown values during the first, for the ignition process particularly important stress wave not reached. Step in the mentioned idling trap considerable short-circuit currents in such rectifiers as a result of the breakdown on, against which the rectifier in turn only by appropriately sized Series resistors can be protected. This does not change significantly even if if you have a zener diode in parallel with the Emhter collector range des Transistor provides. In both cases, the one following the first half-wave will be positive, second half-wave short-circuited, because then the Zener diode is in its forward direction is claimed and only has a threshold value of a few tenths of a volt here.

In der Zeitschrift »Elektro-Anzeiger« Nr. 18 vom 1. Mai 1957 ist zwar auf Seite 154 für einen im Schalterbetrieb arbeitenden Transistor mit einem Relais im Kollektorkreis empfohlen, zur Bedämpfung der.. beim Abschalten auftretenden Spannungsspitzen eine Germanium- oder Siziliumdiode zur Relaiswicklung parallel zu schalten oder an Stelle einer einzelnen solchen Diode zwei entgegengesetzt gepolte Zenerdioden vorzusehen. Bei der Anwendung dieses letztgenannten Vorschlages auf Zündspulen könnte zwar bei geeignet hoch gewählten Zenerspannungen der Zenerdioden der Kurzschluß während der ersten bzw. zweiten Zündspannungshalbwelle nur bei sekundärem Leerlauf eintreten. Da die Zenerdioden aber auch für diesen Fall als Leistungsdioden bemessen sein müßten, würde ein beträchtlicher Aufwand entstehen.In the magazine "Elektro-Anzeiger" No. 18 of May 1, 1957, it is true on page 154 for a transistor operating in switch mode with a relay Recommended in the collector circuit to dampen the voltage peaks that occur when switching off to connect a germanium or sicilium diode to the relay winding in parallel or Instead of a single such diode, two oppositely polarized Zener diodes to be provided. When applying this last-mentioned proposal to ignition coils although the short circuit occurs with suitably high zener voltages of the zener diodes during the first or second ignition voltage half-wave only with secondary idling enter. Since the Zener diodes are dimensioned as power diodes for this case as well would have to be, a considerable effort would arise.

Die erfindungsgemäße Lösung mit einem Begrenzungsgleichrichter parallel zum Emitter-Basis-Widerstand des Transistors ergibt selbst gegenüber der Verwendung nur einer einzigen, zur Primärwicklung oder zur Emitter-Kollektor-Strecke parallelgeschalteten Zenerdiode eine Vereinfachung und Verbilligung der Schaltungsanordnung.The solution according to the invention with a limiting rectifier in parallel to the emitter-base resistance of the transistor results in itself compared to the use only a single one connected in parallel to the primary winding or to the emitter-collector path Zener diode simplifies the circuit arrangement and makes it cheaper.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand einer in der Zeichnung dargestellten Transistorzündeinrichtung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt F i g. 1 die zur Zündeinrichtung gehörenden Hauptteile in einem Übersichtsbild, F i g. 2 das elektrische Schaltbild der Zündeinrichtung und F i g. 3 ein Schaubild zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltanordnung.The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Transistor ignition device described and explained in more detail. It shows F i g. 1 the main parts belonging to the ignition device in an overview, FIG. 2 that electrical circuit diagram of the ignition device and FIG. 3 a diagram for explanation the mode of operation of the switching arrangement.

Die für eine nicht dargestellte Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine bestimmte Zündeinrichtung enthält eine Zündspule 10 mit einer Primärwicklung 11 und einer Sekundärwicklung 12, eine im Primärstromkreis der Zündspule angeordnete Steuereinrichtung 13 mit einem im Schalterbetrieb arbeitenden Transistor 14, und außerdem einen Hochspannungszündverteiler, der in seinem Verteilergehäuse 15 einen Unterbrechernocken 16 enthält, der von der nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine aus über eine Verteilerwelle 17 und einen ebenfalls nicht dargestellten Fliehkraftversteller mit Nockenwellendrehzahl angetrieben werden kann. Der Zündverteiler enthält außerdem in seiner Verteilerkappe 18 vier feststehende Verteilerelektroden 19 und einen mit der Verteilerwelle 17 umlaufenden Verteilerfinger 20, der über ein Kabel 21 mit der Sekundärwicklung 12 der Zündspule verbunden ist. Über den beim Betrieb der Brennkraftmaschine umlaufenden Verteilerfinger werden die in der Sekundärspule 12 der Zündspule entstehenden Zündspannungsstöße nacheinander den einzelnen Verteilerelektroden 19 zugeführt, von denen jede über ein Kabel 22 mit einer der nicht dargestellten Zündkerzen der Brennkraftmaschine verbunden ist.The one for a four-cylinder four-stroke internal combustion engine, not shown Certain ignition device contains an ignition coil 10 with a primary winding 11 and a secondary winding 12, one arranged in the primary circuit of the ignition coil Control device 13 with a transistor 14 operating in switch mode, and also a high-voltage ignition distributor, which in its distributor housing 15 a Contains interrupter cam 16 from the camshaft, not shown, of the internal combustion engine from a distributor shaft 17 and a centrifugal adjuster, also not shown can be driven with camshaft speed. The ignition distributor also includes in its distributor cap 18 four fixed distributor electrodes 19 and one with the distributor shaft 17 revolving distributor finger 20, which via a cable 21 with the secondary winding 12 of the ignition coil is connected. About the operation of the internal combustion engine revolving distributor fingers are those produced in the secondary coil 12 of the ignition coil Ignition voltage surges fed one after the other to the individual distributor electrodes 19, each of which via a cable 22 to one of the spark plugs, not shown Internal combustion engine is connected.

Mit dem Unterbrechernocken 16 des Zündverteilers arbeitet ein Unterbrecherhebe123 zusammen, der bei jeder Umdrehung der Nockenwelle der Brennkraftmaschine bzw. bei jeder Umdrehung der Verteilerwelle 17 viermal von seinem feststehenden Gegenkontakt 24 abgehoben wird. Der Unterbrecherhebel23 ist ebenso wie der Minuspol einer zum Betrieb der Zündeinrichtung dienenden Sammlerbatterie 25 an Masse angeschlossen. Sein feststehender Gegenkontakt 24 steht über einen Widerstand 26 von etwa 20 Ohm mit der Basis B des Transistors 14 in Verbindung. Der Emitter E des Transistors ist unmittelbar an eine zum Pluspol der Batterie 25 führende Leitung 27 angeschlossen. An diese ist außerdem ein Widerstand 28 angeschlossen, dessen anderes Ende mit der Basis B des Transistors 14 verbunden ist. Der Kollektor C des Transistors steht mit einem Wicklungsende der andern Endes an Masse angeschlossenen Primärwicklung 11 der Zündspule in Verbindung.A breaker lifter 123 works with the breaker cam 16 of the ignition distributor together, which occurs with each revolution of the camshaft of the internal combustion engine or at each revolution of the distributor shaft 17 four times from its fixed mating contact 24 is lifted. The interrupter lever23 is just like the negative pole one to the Operation of the ignition device serving collector battery 25 connected to ground. Its stationary mating contact 24 is via a resistor 26 of about 20 ohms with the base B of the transistor 14 in connection. The emitter E of the transistor is directly connected to a line 27 leading to the positive pole of the battery 25. A resistor 28 is also connected to this, the other end of which with the Base B of transistor 14 is connected. The collector C of the transistor stands with one winding end of the other end of the primary winding connected to ground 11 of the ignition coil in connection.

Solange sich der Unterbrecherhebe123 in seiner Schließstellung befindet und dabei den Kontakt 24 berührt, kann über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 14 und den Widerstand 26 ein Strom fließen, der die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 14 stromleitend macht, so daß dieser einen starken Strom über die Primärwicklung 11 zu führen vermag, der im Eisenkern 29 der Zündspule ein kräftiges Magnetfeld aufbaut. Sobald der Unterbrecherhebel durch den Nocken 16 vom Kontakt 24 abgehoben wird, gelangt der Transistor in seinen Sperrzustand. Infolge der Induktivität der Primärwicklung 11 entsteht am Kollektor C des Transistors 14 eine starke negative Spannung gegenüber dem Emitter E, die einen weit oberhalb von 100 V liegenden Spitzenwert erreichen kann. Diese negative Spannungshalbwelle ist in F i g. 3 durch die Kurve 30 angedeutet. Wegen der Wicklungskapazitäten schließt sich an die erste negative Halbwelle eine zweite, positive Halbwelle an, die in F i g. 3 bei 31 angedeutet ist. Diese Halbwelle gelangt praktisch unvermindert infolge der in dieser Richtung durchlässigen Sperrschicht zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors an die Basiselektrode und beansprucht die zwischen dem Emitter und der Basis liegende Sperrschicht in ihrer Sperrichtung. Damit der Wert der zweiten Halbwelle 31 keine den Transistor gefährdende Größe erreichen kann, ist erfindungsgemäß die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 14 durch einen Gleichrichter 33 überbrückt, der zum Widerstand 28 parallel liegt und so gepolt ist, daß seine Durchlaßrichtung zu derjenigen der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 14 entgegengesetzt ist. Dieser Gleichrichter vermag einen kräftigen Strom zu führen, sobald das Potential der Basis B um mehr als 0,7 V über das Emitterpotential des Transistors 14 anzusteigen droht, und bewirkt dadurch, daß die zwischen der Basis und dem Emitter wirksam werdende zweite Halbwelle auf einen für den Transistor ungefährlichen Wert begrenzt wird.As long as the interrupter is in its closed position and touches the contact 24, a current can flow through the emitter-base path of the transistor 14 and the resistor 26, which makes the emitter-collector path of the transistor 14 conductive, so that this able to carry a strong current through the primary winding 11, which builds up a strong magnetic field in the iron core 29 of the ignition coil. As soon as the interrupter lever is lifted from the contact 24 by the cam 16, the transistor enters its blocking state. As a result of the inductance of the primary winding 11, a strong negative voltage arises at the collector C of the transistor 14 in relation to the emitter E, which can reach a peak value well above 100 V. This negative voltage half-wave is shown in FIG. 3 indicated by curve 30. Because of the winding capacitances, the first negative half-wave is followed by a second, positive half-wave, which is shown in FIG. 3 is indicated at 31. This half-wave reaches the base electrode practically undiminished as a result of the barrier layer which is permeable in this direction between the collector and the base of the transistor and stresses the barrier layer between the emitter and the base in its reverse direction. According to the invention, the emitter-base path of the transistor 14 is bridged by a rectifier 33, which is parallel to the resistor 28 and polarized so that its forward direction is that of the emitters, so that the value of the second half-wave 31 cannot reach a magnitude endangering the transistor -Base path of transistor 14 is opposite. This rectifier is able to carry a strong current as soon as the potential of the base B threatens to rise by more than 0.7 V above the emitter potential of the transistor 14, and thereby causes the second half-wave, which becomes effective between the base and the emitter, to be reduced to one for the transistor safe value is limited.

Die beschriebene Anordnung erlaubt es, auch in solchen Einrichtungen, bei denen eine der entstehenden Halbwellen erhalten bleiben muß, wie dies bei Zündeinrichtungen der Fall ist, Schalttransistoren mit niedrigen, zulässigen Sperrspannungen zu verwenden. Solche Transistoren können beispielsweise aus Germanium bestehen, die wesentlich einfacher und billiger in der Herstellung sind als Siliziumtransistoren. Aber auch bei diesen kann die trotz höherer Spannungsfestigkeit bestehende Gefahr von Durchschlägen -in ihrer Steuerstrecke mit Hilfe der beschriebenen Schutzanordnung vermieden werden.The described arrangement makes it possible, even in such facilities, in which one of the resulting half-waves must be retained, as is the case with ignition devices the case is to use switching transistors with low, permissible reverse voltages. Such transistors can for example consist of germanium, which is essential are easier and cheaper to manufacture than silicon transistors. But also With these, the risk of breakdowns, which exists despite the higher dielectric strength, can occur -in their tax route with Using the protective arrangement described be avoided.

Claims

Claim: Ignition device for mixture-compressing internal combustion engines with an ignition coil fed from a direct current source via the emitter-collector path of a switching transistor, the primary winding of which is connected to one end of the winding at one of the poles of the direct current source and the other end to the collector of its emitter directly to the other pole the direct current source connected transistor is connected, and with an interrupter arranged between the base and one pole and the primary winding and with an emitter-base resistor arranged between the base on the one hand and the other pole connected to the emitter on the other hand, characterized in that A limiting rectifier (33) is provided in parallel with this emitter-base resistor (28), the direction of which is opposite to that of the parallel emitter-base path (EB) of the transistor (14). Documents considered: German Patent No. 933 820; German Auslegeschriften Nos. 1105 972, 1072 719; Zeitschrift Elektroanzeiger, May 1, 1957, pp. 153 to 156; Electronique Industrielle magazine, March / April 1957, pp. 2 to 6.