DE69633653T2

DE69633653T2 - Zündsystem für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69633653T2
Application number: DE69633653T
Authority: DE
Inventors: Takashi Hitachinaka-shi Ito; Katsuaki Naka-gun Fukatsu; Ryoichi Naka-gun Kobayashi; Noboru Mito-shi Sugiura
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 2006-02-09
Also published as: US5664550A; EP0757177A3; EP0757177A2; JPH0942129A; DE69633653D1; JP3216972B2; EP0757177B1; DE69633653T8

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine und im Besonderen auf ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine, die einen Ein-Chip-IC verwendet.
Ein im Stand der Technik bekanntes Zündsystem, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Sho 64-45963 (1989) offengelegt, besitzt eine Selbstabschaltfunktion, um Fehler in der Dauer des Primärstroms zu erfassen und dann den Schaltkreis zwangsläufig zu öffnen. Die Funktion besteht darin, die durch einen Timer gesetzte Zeit zu zählen und den Primärstrom abzuschalten, falls eine Bedingung eine voreingestellte Zeitdauer überschritten hat.
Der oben beschriebene Stand der Technik betrifft ein Verfahren, um Fehler aus der Dauer des Primärstroms zu erkennen und benötigt einen Timerschaltkreis. Die Verwendung des Timerschaltkreises verkompliziert den Zündschaltkreis, der einen Kondensator mit einer großen Kapazität benötigt um die Zeitkonstante zu setzen, was zu dem Problem führt, dass ein einzelner Chip nicht genug ist, um das Zündsystem zu bilden.
In "Modern Electronic Ignition in VIPower Technology" beschreiben Palure und Kollegen einen integrierten Solid-State-Zündtreiberschaltkreis, der entworfen wurde, um eine hochenergetische Spule unter der direkten Steuerung durch einen Mikrocontroller zu betreiben.
Die US 4 854 292 beschreibt ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine, das eine Halbleiterschalteinrichtung enthält, die durch eine Steuereinheit mit einem Einrastschaltkreis gesteuert wird.
Dieses Verfahren ist ineffektiv und nicht unbedingt zuverlässig, um das Bersten des Leistungstransistors auf Grund eines plötzlichen Aufheizens durch einen sprunghaft ansteigenden Leistungsbedarf, der durch einen Batterieleitungsfehler entstehen kann, zu verhindern. Des Weiteren stellt sich das Problem, dass Wiedererregung während des ON-Zustands eines Zündsteuersignals auftreten kann.
Ferner tritt das Problem auf, da der negative Anschluss für das Zündsteuersignal des Zündschaltkreises gemeinsam mit einem Masseanschluss verwendet wird, dass das elektrische Potenzial an einem positiven Anschluss des Zündsteuersignals von der Referenzmasse auf Grund einer Stromänderung in dem Leistungssystem variiert, was dazu führt, dass es unmöglich ist, eine Unterbrechung oder einen Kurzschluss am positiven Anschluss des Zündsteuersignals zu erkennen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein selbst diagnostizierendes Zündsystem einer Brennkraftmaschine vorzusehen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, das Wiedererregung während des ON-Zustands des Zündsteuersignals verhindern kann.
In einem Zündsystem einer Brennkraftmaschine, das mit einer Primärspule und einem Zündstromkreis, der entsprechend einem Zündsteuersignal das Schließen und Öffnen eines Primärstromkrei ses, in dem ein Primärstrom zu der Primärspule fließt, steuert, um eine Hochspannung auf der Sekundärseite zu erzeugen, versehen ist, wird das oben beschriebene Ziel dadurch erreicht, dass der Zündschaltkreis aus einem Chip der einen bipolaren Transistor mit einem isolierten Gate (IGBT) zur Steuerung des Schließens und Öffnens des Primärstromschaltkreises, einen Strombegrenzungsschaltkreis zur Begrenzung des Stroms, der in den Transistor fließt, und einen thermischen Abschaltschaltkreis zum zwangsläufigen Abschalten des Primärstroms im Fehlerfall enthält, besteht.
In einem Zündsystem einer Brennkraftmaschine, das mit einer Primärspule und einem Zündstromkreis versehen ist, der entsprechend einem Zündsteuersignal das Schließen und Öffnen des Primärstromkreises, in dem ein Primärstrom zu der Primärspule fließt, steuert, um eine Hochspannung auf der Sekundärseite davon zu erzeugen, wird die andere oben angegebene Aufgabe ebenso erfüllt, da der Zündschaltkreis einen thermischen Abschaltschaltkreis zum zwangsläufigen Abschalten des Primärstroms im Fehlerfall und einen Einrastschaltkreis zur Arretierung des Ausgangs des thermischen Abschaltschaltkreises enthält, wobei der Einschaltschaltkreis gesetzt wird, wenn das Zündsteuersignal eingeschaltet ist und ein Übertemperatursignal detektiert wurde und zurückgesetzt wird, wenn das Zündsteuersignal ausgeschaltet ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es zusätzlich zu der Schaltfunktion von hohen Strömen und der Strombegrenzungsfunktion des aus dem Stand der Technik bekannten Zündsystems möglich, das Zündsystem in einem Chip mit einem Leistungstransistor-Schutzschaltkreis zum Schutz gegen ununterbrochene Stromversorgung und sprungartigen Leistungsanstieg auszubilden.
Durch Verriegeln des thermischen Abschaltschaltkreises mit dem Einrastschaltkreis ist es möglich, einem versehentlichen Ein/Aus- schalten der Torsteuerspannung des IGBTs während der ON-Zeit des Zündsignals zu verhindern und ein Vibrieren des Primärstroms an der Spule zu verhindern.
Des Weiteren ermöglicht das Vorsehen von vier externen Anschlüssen an dem Zündschaltkreis die Auswirkungen von Massestromvariationen während der Dauer des Primärstrom-Ein/Aus-Betriebs auf die Spule durch Aufteilen der Masse auf den negativen Anschluss des Zündsteuersignals und die Leistungsmasse zu reduzieren und so zuverlässig einen Kurzschluss und eine offene Leitung am positiven Anschluss des Zündsteuersignals zu erfassen.
KURZE BESCHREIBUNDER ZEICHNUNG
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Zündsystems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Signalwellenformdiagramm, das den Betrieb eines konventionellen Zündsystems zeigt.
3 ist ein Signalwellenformdiagramm, das den Betrieb eines Zündsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Zündsystems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Zündsystems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Zündsystems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug zu der beiliegenden Zeichnung beschrieben. 1 zeigt eine Ausführungsform des Aufbaus eines Zündsystems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Zündsystem besteht aus einer Zündspule 1 und einem Zündschaltkreis 11. Der Zündschaltkreis 11 hat einen IGBT 2 zum Schließen und Öffnen des Primärstromschaltkreises, um einen Primärstrom an eine Primärspule der Zündspule zu liefern, einen Stromerfassungsschaltkreis 3, um den Primärstrom zu erfassen, einen Strombegrenzungsschaltkreis 4, um den Primärstrom auf einen voreingestellten Wert durch Steuerung der Gatespannung durch den Stromerfassungsschaltkreis 3 zu limitieren, einen thermischen Abschaltschaltkreis 5 mit einer Temperaturerfassungsfunktion, um die Chiptemperatur zu erfassen, um den Primärstrom abhängig von den obigen Bedingungen zwangsläufig abzuschalten und zurückzusetzen, einer Latchschaltung 6, um den Ausgang des thermischen Abschaltschaltkreises 5 zu arretieren, einen Masseanschluss 10 der Stromversorgung, einen negativen Anschluss für das Zündsteuersignal 9 und einen Massenteilungsschaltkreis 7, um die Masse 10 der Stromversorgung zu teilen. Der Zündschaltkreis 11 ist ein Ein-Chip-IC, in den der IGBT 2, der Strombegrenzungsschaltkreis 4 und der thermische Abschaltschaltkreis 5 integriert sind und der vier externe Anschlüsse enthält. Das sind ein positiver Anschluss 8 des Zündsteuersignals, der negative Anschluss 9 des Zündsteuersignals, der Masseanschluss 10 der Stromversorgung und ein Ausgangsanschluss 12 der Primärspule. Ein Widerstand 13 ist vorgesehen, um die Betriebsleistungsquelle des oben be schriebenen Schaltkreises sicherzustellen, falls die Gatespannung des IGBT 2 durch den thermischen Abschaltschaltkreis 5, den strombegrenzenden Schaltkreis 4 und die Latchschaltung 6 eingeführt wird.
Der Betrieb des Einrastschaltkreises wird mit Bezug zu den 2 und 3 erklärt.
2 zeigt ein Zeitdiagramm eines allgemeinen thermischen Abschaltens, das durch Zeit oder Hysteresis gesteuert wird.
Wenn das Zündsignal ON (Hi) ist, wird der primäre Spulenstrom zugeführt. Wird, falls der Strom zugeführt wird, eine durch Aufheizen im Voraus als zulässig gesetzte Elementtemperatur erfasst, wird das IGBT-Gatesteuersignal ausgeschaltet (Low) und dann wieder (Hi) nach Zeitablauf oder Hysteresis eingeschaltet (Hi), wodurch wieder der Primärspulenstrom zugeführt wird. Wiederholtes Ausführen dieses Vorgangs erzeugt eine Sekundärspannung der Zündspule für mehrere Zeitpunkte, was einem unveränderten ON (Hi) Zustand des Zündsteuersignals nicht entgegensteht.
3 zeigt ein Betriebsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter einer ähnlichen, wie oben beschriebenen Bedingung, falls die erfasste Temperatur den anfänglich voreingestellten Wert erreicht, wird der thermische Abschalteinrastabschaltkreis gesetzt, um das Zündsteuersignal zu halten, bis von ON auf OFF geschalten wird und dann durch Schalten des Signals von ON nach OFF zurückgesetzt wird. Dieser Betrieb ermöglicht einen wiederholten Primärstrom ON/OFF-Betrieb zu vermeiden, wenn sich das Zündsteuersignal in einem ON-Zustand ist, der im konventionellen Beispiel auftritt befindet, wobei ungewolltes Auftreten von Sekundärspannungen in der Spule verhindert wird.
Einfügen des Massenteilungsschaltkreises 7 teilt den negativen Anschluss 9 des Zündsteuersignals von dem Masseanschluss 10, um so das elektrische Potenzial an dem positiven Anschluss 8 des Zündsteuersignals in Bezug auf den negativen Anschluss 9 des Zündsteuersignals zu stabilisieren, um so eine zuverlässige Erfassung eines Kurzschlusses und einer offenen Leitung am positiven Anschluss des Zündsteuersignals zu erfassen.
Angenommen, dass der Masseanschluss nicht geteilt ist, variiert der Primärstrom an der Zündspule 1 im Bereich von 0 bis 10 A, selbst wenn der Leitungswiderstand am Masseanschluss auf 0,05 Ω gesetzt ist, schwankt der Primärstrom demnach um 0,5 V; daher, wenn eine Referenz auf den Masseanschluss 10 gesetzt wird, wird das elektrische Potenzial am positiven Anschluss 8 des Zündsteuersignals durch die Variation des Massepotenzials beeinflusst, was es unmöglich macht, eine offene Leitung oder einen Kurzschluss am positiven Anschluss des Zündsteuersignals zu erkennen.
4 und 5 zeigen Beispiele des Massenteilungsschaltkreises. In 4 ist der Massenteilungsschaltkreis aus einer Diode gebildet, die in Vorwärtsrichtung mit der Masse der Spannungsversorgung der Zündsteuersignalmasse verbunden ist, wodurch der Effekt unterbunden wird, dass ein großer Strom von der Signalmasse in die Masse der Spannungsversorgung fließt. 5 zeigt einen Masseteilungsschaltkreis, der aus einem Widerstand besteht, indem ein Widerstand zwischen der Zündsignalmasse und der Masse der Spannungsversorgung eingefügt wird, wobei der Effekt eines hohen Stromflusses in die Masse der Spannungsversorgung von der Signalmasse vermindert wird.
6 zeigt ein weiteres Beispiel des Zündsystems einer Brennkraftmaschine von 1. Der Schaltkreisaufbau ist im Wesentlichen der gleiche wie in 1; im Zündsystem von 1 ist der Masseteilungs schaltkreis 7 zwischen dem Stromerfassungsschaltkreis 3 und der Masse 10 der Stromversorgung angeordnet, während im Zündsystem von 6 der Masseteilungsschaltkreis 7 zwischen dem Stromerfassungsschaltkreis 3 und dem negativen Anschluss 9 des Zündsteuersignals vorgesehen ist. Entsprechend diesem Aufbau, wenn der erfasste Primärstrom, der in den Stromerfassungsschaltkreis 3 fließt, mehrere 10 mA erreicht, ist es im Besonderen möglich, den Stromfluss an den negativen Anschluss 9 des Zündsteuersignals zu verhindern und gleichzeitig die Auswirkungen des erfassten Primärstroms zu unterdrücken, wodurch die Einstellung des Betriebsbereichs des Stromsteuerschaltkreises erleichtert wird. Der in 4 und 5 gezeigte Masseteilungsschaltkreis wird auch in dem Zündsystem von 6 verwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Fehler durch Arretieren des Ausgangs des thermischen Abschaltschaltkreises zu verhindern. Es ist ebenso möglich Wiedererregung, während das Zündsteuersignal ON ist, durch Setzen des Einrastschaltkreises, wenn das Zündsteuersignal eingeschaltet ist, und durch Zurücksetzen des Einrastschaltkreises, wenn das Zündsteuersignal ausgeschaltet ist, zu verhindern.

Claims

Zündsystem einer Brennkraftmaschine das mit einer Primärspule (1) und einem Zündstromkreis (11), der den Fluss des Primärstroms entsprechend einem Zündsteuersignal steuert um eine Hochspannung auf der Sekundärseite zu erzeugen, versehen ist, wobei der Zündstromkreis (11) einen integrierten Schaltkreis mit einem bipolaren Transistor (2) mit einem isolierten Gate zur Steuerung des Flusses des Primärstroms, einen Strom begrenzenden Schaltkreis (4) zur Begrenzung des durch den Transistor (2) fließenden Stroms, einen thermischen Abschaltschaltkreis (5) zur zwangsläufigen Öffnung des Primärstromkreises im Fall einer Funktionsstörung, und eine Latchschaltung (6) zur Arretierung des Ausgangs des thermischen Abschaltschaltkreises (5) enthält, wobei die Latchschaltung (6) gesetzt wird wenn das Zündsteuersignal eingeschaltet ist und ein Übertemperatursignal detektiert wurde, und zurückgesetzt wird wenn das Zündsteuersignal ausgeschaltet ist.
Zündsystem einer Brennkraftmaschine wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der Zündschaltkreis (11) vier externe Anschlüsse (8, 9, 10, 12) hat, und die externen Anschlüsse aus einem Ausgangsanschluss (12) zur Ausgabe des Primärstroms an die Primärwicklung (1), einem positiven Anschluss (8) und einen negativen Anschluss (9) für das Zündsteuersignal und einen Masseanschluss (10) der Stromquelle bestehen.
Zündsystem einer Brennkraftmaschine wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei ein Widerstand (7) vorgesehen ist um den Strom zwischen dem Masseanschluss (10) und dem negativen Anschluss (9) zu teilen.