DE19711204C2

DE19711204C2 - Schaltungsanordnung einer Zündendstufe

Info

Publication number: DE19711204C2
Application number: DE19711204A
Authority: DE
Inventors: Helmut Schmied
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: EP0968368A1; JP4124276B2; BR9808338A; DE19711204A1; WO1998041756A1; JP2001514720A; US6107748A; KR20000076322A; DE59812996D1; EP0968368B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung einer Zündendstufe, insbesondere für eine Zündschaltung eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, bei Zündanlagen, insbesondere bei einkerzigen beziehungsweise verteilerlosen mehrkerzigen Zündanlagen, die Zündkerzen unmittelbar mit einer Sekundärwicklung einer Zündspule zu verbinden. Die Sekundärwicklung der Zündspule wirkt mit einer Primärwicklung der Zündspule zusammen, die über ein Schaltmittel ansteuerbar ist. Hierbei ist es nachteilig, daß beim Einschalten des Primärstromes in der Sekundärwicklung eine hohe Spannung induziert wird, die im Einschaltzeitpunkt zum Entstehen eines Zündfunkens an der Zündkerze führen kann. Dieser Einschaltzündfunke ist unerwünscht, da er zu hohen Zerstörungen an einer die Zündanlage aufweisenden Brennkraftmaschine führen kann.

Aus der US 5 127 388 A ist eine Schaltungsanordnung für einen Zündsteuerkreis bekannt, bei welcher ein im Primärkreis der Zündspule angeordneten Leistungstransistor mittels der Impulse eines Pulsgenerators aus dem Sperrzustand über den Aktivbetrieb langsam in den leitenden Zustand geführt wird, wobei die stetig sinkende Kollektorspannung berücksichtigt wird.

Aus der EP 0 244 633 B1 ist eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die Primärwicklung mittels einer Ansteuerschaltung angesteuert wird, die einen Anstieg des Stromes der Primärwicklung beeinflußt. Hierdurch wird dem Entstehen eines Einschaltzündfunkens entgegengewirkt. Bei der bekannten Schaltung ist nachteilig, daß diese relativ aufwendig ist. Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Schaltungsanordnung für eine Zündanlage zur Verfügung gestellt werden, die auf einfache Art und Weise einen Einschaltfunken unterdrückt und sich kostengünstig realisieren läßt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß mittels einfacher Mittel, die leicht in eine bestehende Ansteuerschaltung zu integrieren sind, eine Unterdrückung eines Einschaltzündfunkens erfolgen kann. Dadurch, daß die Ansteuerschaltung ein zweistufiges Einschalten der Zündspule gestattet, ist es in einfacher Weise möglich, im Einschaltzeitpunkt den Primärstrom zu begrenzen und somit die Übertragung eines primären Spannungssprunges auf die Sekundärspule zu verhindern. Das zweistufige Einschalten erfolgt dabei über ein Zeitglied, so daß der Umschaltzeitpunkt vom ersten in den zweiten Schaltzustand definiert vorgegeben werden kann.

Die Umschaltung erfolgt bevorzugterweise zu einem Zeitpunkt, zu dem die Sekundärspannung der Sekundärspule nach dem Einschalten mit den Einschaltstrom der ersten Schaltstufe im Abklingen begriffen ist. Durch dieses zeitlich zueinander versetzte Ansteuern der Primärwicklung in definiertem Zeitabstand wird das Erreichen der notwendigen Sekun därspannung für die Zündkerze sichergestellt, ohne daß zuvor im Einschaltzeitpunkt ein Zündfunke infolge des primären Spannungssprungs im Einschaltzeitpunkt entsteht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Zündendstufe und

Fig. 2 bis Fig. 5 verschiedene Spannungs- und Stromverläufe der Zündendstufe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 10 einer Zünd endstufe einer Brennkraftmaschine. In der Fig. 1 ist lediglich eine Zündendstufe gezeigt, wobei je nach Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine eine ent sprechende Anzahl von Zündendstufen vorgesehen sind.

An einem Eingangsanschluß 12, der der Basis eines Schalttransistors T3 zugeordnet ist, liegt das Aus gangssignal einer Motorsteuerung an. Der Anschluß 12 ist über einen Widerstand R1 mit der Basis des Transistors T3 verbunden. Der Transistor T3 ist als Mehrfach-Darlington-Transistorstufe ausgebildet. Der Transistor T3 ist mit seinem Kollektor mit der Pri märwicklung 14 einer Zündspule 16 verbunden, deren anderer Anschluß an einer Versorgungsspannung, bei spielsweise der Spannung U_Bat einer Kraftfahrzeugbat terie, liegt. Die Zündspule 16 weist in bekannter Weise eine Sekundärspule 18 auf, deren einer Anschluß ebenfalls an der Versorgungsspannung liegt und deren anderer Anschluß mit einer angedeuteten Zündkerze 20 in Verbindung steht. Der Emitter C des Transistors T3 ist mit Masse verbunden.

Der Eingangsanschluß 12 ist ferner über einen Wider stand R2 mit der Basis eines Transistors T2 ver bunden. Der Kollektor des Transistors T2 ist über ei nen Widerstand R3 mit dem Kollektor C des Transistors T3 verbunden. Der Emitter des Transistors T2 ist mit dem Emitter E des Transistors T3 verbunden.

Darüber hinaus ist der Eingangsanschluß 12 mit einem Eingang eines Zeitgliedes 22 verbunden, dessen Aus gang mit der Basis eines Transistors T1 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T1 ist mit der Basis des Transistors T3 und der Emitter des Transistors T1 mit dem Emitter E des Transistors T3 verbunden.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung übt fol gende Funktion aus:

Mit einem Eingangssignal am Eingangsanschluß 12 wer den die Transistoren T2 und T1 aufgesteuert, so daß diese sofort leitend werden. Der aufgesteuerte Transistor T1 sperrt hierbei durch die Verbindung des Kollektors des Transistors T1 mit der Basis des Transistors T3 den Transistor T3. Die Verbindung der Primärspule 14 mit Masse über den Kollektoranschluß C erfolgt durch den aufgesteuerten Transistor T2 und den mit diesem in Reihe liegenden Widerstand R3. Der Widerstand R3 ist hochohmig gewählt, das heißt, die ser besitzt einen Widerstand, der wesentlich größer ist als der Widerstand der Primärwicklung 14. Über den Transistor T2 und den Widerstand R3 wird der Transistor T3 praktisch überbrückt.

Nach Ablauf einer voreingestellten Zeit am Zeitglied 22 wird der Transistor T1 gesperrt, so daß hierdurch der Transistor T3 aufgesteuert wird. Die Verbindung zwischen der Spannungsquelle und der Primärwicklung 14 der Zündspule 16 erfolgt nunmehr über den Transistor T3, wobei die Verbindung über den Wider stand R3 und den Transistor T2 aufgrund der Hoch ohmigkeit des Widerstandes R3 vernachlässigbar ist. Durch geeignete Maßnahmen kann der Transistor T2 je doch auch mit Einschalten des Transistors T3 gleich zeitig gesperrt werden. Zum Zündzeitpunkt der Zünd kerze 20 werden die Transistoren T2 und T3 gesperrt. Eine gegebenenfalls notwendige Klammerung wird von dem Transistor T3 in nicht dargestellter Weise über nommen.

In den Fig. 2 und 3 ist der Verlauf der Kollektor emitterspannungen des Transistors T2 U_CE T2 und des Transistors T3 U_CE T3, der Zündspulenstrom I und die Sekundärspannung der Zündspule U_sek dargestellt. In Fig. 2 ist zunächst der Einschaltzeitpunkt, das heißt der Zeitpunkt t₀, an dem am Eingangsanschluß 12 das Ausgangssignal der Motorsteuerung anliegt, dar gestellt. Es wird deutlich, daß die Spannung U_CE T3 nicht nach einer E-Funktion ansteigt, sondern zu nächst eine Schwingung aufweist, obwohl der Transi stor T2 dauernd durchgesteuert ist, wie der Span nungsverlauf U_CE T2 verdeutlicht. Diese Schwingung resultiert aus der Einwirkung der im Sekundärkreis vorhandenen Wicklungs- und Leitungskapazität auf die Primärseite der Zündspule 16. Die Frequenz dieser Schwingung des Spannungsverlaufes U_CE T3 ist unab hängig von der Versorgungsspannung, also der Spannung der Kraftfahrzeugbatterie. Der in Fig. 2 gezeigte Verlauf der Spannungen würde sich ergeben, wenn der Transistor T3 ständig gesperrt wäre. Durch das ver zögerte Einschalten des Transistors T3 über das Zeitglied 22 - wie anhand von Fig. 1 erläutert - zu einem Zeitpunkt t₁ erhält man den in Fig. 3 verdeut lichten Spannungs- beziehungsweise Stromverlauf. Der Zeitpunkt t₁ liegt in der Phase der abklingenden Pri märspannung zu einem Zeitpunkt von zirka 30 µs nach dem Zeitpunkt t₀. Da hier der Transistor T3 auf gesteuert wird, fällt nachfolgend die Spannung U_CE T2 fast auf 0 ab, da aufgrund des hochohmigen Wider standes R3 über den Transistor T2 und den Widerstand R3 praktisch kein Strom mehr fließt.

Anhand des Verlaufes der Sekundärspannung U_sek wird deutlich, daß diese im Einschaltzeitpunkt beziehungs weise kurz nach dem Einschaltzeitpunkt t₀ nicht auf einen Wert aufschwingt, der einen unkontrollierten Zündfunken an der Zündkerze 20 bewirken kann. Die Größe der Sekundärspannung U_sek ist von dem Über setzungsverhältnis der Zündspule 16 abhängig und überschreitet nicht den 1 kV-Wert während der ge samten Stromrampe.

Anhand der Fig. 4 und 5 wird der Verlauf der Span nungen und des Zündstromes nochmals in einer Gegen überstellung der Verhältnisse bei einer Zündendstufe mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 (Fig. 4) und einer Zündendstufe ohne dem zweistufigen Einschalten der Zündspule verdeutlicht. Es wird deutlich, daß die Sekundärspannung U_sek bei nicht zweistufigem Einschalten (Fig. 5) durch Über tragen des durch U_CE T3 hervorgerufenen primären Spannungssprunges ein Aufschwingen und allmähliches Abklingen des sekundären Spannungssprungs erfährt, dessen Spitzenwerte über der induzierten Spannung U_sek während des Anstieges des Zündspulenstromes I liegt. Diese Spannungsspitzen können zu unkontrol lierten Zündfunken an der Zündspule 20 führen. Gemäß dem in Fig. 4 verdeutlichten Verlauf der Sekundär spannung U_sek bei einem zweistufigen Einschalten der Zündspule treten diese Spannungsspitzen nicht auf.

Claims

1. Schaltungsanordnung einer Zündendstufe, insbesondere für eine Zündschaltung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Schaltmittel (T3), das den Strom durch die Primärwicklung (14) einer Zündspule (16) ein- und ausschaltet, und einer Ansteuerschaltung (10) für das Schaltmittel (T3), wobei die Ansteuerschaltung (10) ein zweistufiges Einschalten des Stromes durch die Primärwicklung (14) der Zündspule (16) in der Art bewirkt, daß zunächst zum von außerhalb der Ansteuerschaltung (10) vorgegebenem Einschaltzeitpunkt (t₀) für den Strom durch die Primärwicklung sowohl das Schaltmittel (T3) über einen Hilfstransistor (T1) gesperrt wird als auch ein das Schaltmittel (T3) überbrückender, einen begrenzten Strom führender hochohmiger Parallelzweig (R3, T2) eingeschaltet wird, und daß zu einem definierten Umschaltzeitpunkt (t₁) nach dem Einschaltzeitpunkt (t₀) die Sperre des Schaltmittels (T3) über den Hilfstransistor (T1) wieder aufgehoben wird, wobei die Sperre des Schaltmittels (T3) durch ein den Hilfstransistor (T1) ansteuerndes Zeitglied (22) bewirkt wird, welches zeitgleich mit dem Einschaltzeitpunkt (t₀) aktiviert wird und zu dem definierten Umschaltzeitpunkt (t₁) abfällt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Einschaltzeitpunkt (t₀) das Schaltmittel (T3) mit einem Widerstand (R3) hochohmig überbrückt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (T3) ein Darlington- Schalttransistor ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfstransistor (T1) zur Sperrung des Schaltmittels (T3) die Basisemitterstrecke des Darlington-Schalttransistor überbrückt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltzeitpunkt (t₁) innerhalb der Abklingphase der beim Einschalten des hochohmigen Parallelzweiges (R3, T2) in der Zündspule (16) induzierten Primärspannung liegt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltzeitpunkt (t₁) zirka 30 µs nach dem Einschaltzeitpunkt (t₀) liegt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hochohmige Parallelzweig (R3, T2) zum Schaltmittel (T3) durch einen außerhalb der Sättigung betriebenen Transistor (T2) gebildet wird.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 7, soweit sie sich auf Anspruch 3 beziehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalten des Stromes durch die Primärwicklung (14) der Zündspule (16) durch das als Darlington-Schalttransistor ausgebildete Schaltmittel (T3) mittels Detektion der abklingenden Spannung am Kollektor (C) des Darlington-Schalttransistor erfolgt.