DE2303087C3

DE2303087C3 - Ignition system for internal combustion engines

Info

Publication number: DE2303087C3
Application number: DE19732303087
Authority: DE
Inventors: Heinrich 5800 Lüdenscheid Brungsberg
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Filing date: 1973-01-23
Publication date: 1976-08-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zündsystem für Brennkraftmaschinen, mit einer Gleichstromquelle, einem Unterbrecher und einer Primär- und Sekundärwicklung aulweisenden Zündspule, wobei beim öffnen des Unterbrechers und somit beim Unterbrechen des durch die Primärwicklung fließenden Ladestroms die durch die Primärwicklung gespeicherte Energie in der Sekundärwicklung eine zur Zündung ausreichende Zündspannung erzeugt, wobei ein mit der Primärwicklung und einem ersten Stromgegenkopplungswiderstand in Reihe liegender und mit seinem Kollektor mit dem einen Ende der Primärwicklung und mit seinem Emitter mit dem ersten Stromgegenkopplungswiderstand verbundener erster Transistor über seine Basis einerseits mit einer zum ersten Stromgegenkopplungswiderstand parallelliegender: ersten Diode und andererseits mit dem Kollektor eines zweiten Transistors verbunden ist, dessen Emitter über einen zweiten Stromgegenkopplungswiderstand mit dem einen Pol der Gleichstromquelle und dessen Basis mit der einen Elektrode einer parallel zu der Emitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors angeordneten und mit ihrer anderen Elektrode an den einen Pol der Gleichstromquelle angeschlossenen zweiten Diode verbunden ist.The invention relates to an ignition system for internal combustion engines, with a direct current source, a breaker and a primary and secondary winding aulweisenden ignition coil, with when opening of the interrupter and thus when the charging current flowing through the primary winding is interrupted the Energy stored by the primary winding in the secondary winding is sufficient for ignition Ignition voltage generated, one with the primary winding and a first current negative feedback resistor lying in series and with its collector with one end of the primary winding and with his Emitter connected to the first current negative feedback resistor first transistor via its base on the one hand with a first diode lying parallel to the first current negative feedback resistor and on the other hand is connected to the collector of a second transistor, the emitter of which has a second Current negative feedback resistance with one pole of the direct current source and its base with one Electrode of one arranged parallel to the emitter-base path of the second transistor and with its other Electrode is connected to the one pole of the direct current source connected to the second diode.

Brennkraftmaschinen werden mit einer Zündeinrichtung versehen, bei denen üblicherweise nach Betätigen des Zündschalters die Primärwicklung der Zündspule über den Unterbrecher mit der Batterie verbunden wird. Hierbei erzeugt der von der Batterie ausgehende Gleichstrom in der Zündspule ein Magnetfeld, welches nach öffnung des Unterbrechers durch einen auf der Verteilerwelle sitzenden Nocken, plötzlich zusammenbricht. Dadurch wird in der Sekundärspule der Zündspule eine hohe Spannung induziert, die an der Zündkerze einen Zündfunken erzeugt. Dieser bringt das verdichtete Gas-Luftgemisch zur Entzündung.Internal combustion engines are provided with an ignition device, which usually after actuation of the ignition switch, the primary winding of the ignition coil is connected to the battery via the breaker will. The direct current from the battery generates a magnetic field in the ignition coil, which after the interrupter is opened by a cam on the distributor shaft, it suddenly collapses. This induces a high voltage in the secondary coil of the ignition coil, which is applied to the spark plug generates an ignition spark. This causes the compressed gas-air mixture to ignite.

Es sind nun auch bereits elektronische Zündanlagen bekannt geworden, die mit elektronischen Halbleiterelementen arbeiten, wie z. B. Transistorzündanlagen, die im Gegensatz zu den herkömmlichen Zündanlagen, bei denen der Unterbrecher den Primärstromkreis schaltet, als Schalter einen Transistor haben, der den Primärstromkreis der Zündspule schaltet. Der Unterbrecher steuert allerdings hierbei den geringen Basisstrom des Thyristors.Electronic ignition systems with electronic semiconductor elements have now also become known work, such as B. transistor ignition systems, which in contrast to conventional ignition systems, in which the interrupter switches the primary circuit, have a transistor as a switch that controls the Primary circuit of the ignition coil switches. In this case, however, the breaker controls the low base current of the thyristor.

Bei den bekannten Transistor-Zündanlagen besteht jedoch ein Mangel darin, daß die Zündleistung von der Batteriespannung abhängig ist. Die Größe des Ladebzw. Primärstromes ist zwar durch die vorhandenen Vorwiderstände in bestimmter Höhe begrenzt, doch kann bei Motorstillstand und eingeschalteter Zündung bei geschlossenem Unterbrecher dieser hohe Primärstrom die Batterie in ungewünschter Weise entladen. Derartige bekannte Transistorzündanlagen sind nicht in der Lage, eine annähernd konstante Zündenergie, einen relativ niedrigen Innenwiderstand und gute Nebenschlußeigenschaften im Bereich der Bordnetzspannung sicher zu stellen.In the known transistor ignition systems, however, there is a shortcoming that the ignition performance of the Battery voltage is dependent. The size of the loading or Primary current is through the existing Series resistances are limited to a certain level, but can occur when the engine is at a standstill and the ignition is switched on When the breaker is closed, this high primary current discharges the battery in an undesired manner. Such known transistor ignition systems are not able to produce an approximately constant ignition energy, a relatively low internal resistance and good shunt properties in the area of the vehicle electrical system voltage to make sure.

Es ist allerdings aus der deutschen Offenlegungsschrift 14 64 064 eine Transistorzündanlage bekannt, bei der ein mit der Primärwicklung einer Zündspule und einem Stromgegenkopplungswiderstand in Reihe liegender Transistor über seine Basis einerseits mit einer zum Stromgegenkopplungswiderstand parallelliegenden Diodenanordnung und andererseits mit dem Kollektor eines Steuertransistors verbunden ist, dessen Emitter ebenfalls über einen Stromgegenkopplungswiderstand mit der Gleichstromquelle und dessen Basis mit der einen Elektrode einer parallel zu der Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors angeordneten und mit ihrer anderen Elektrode ebenfalls an die Gleichstromquelle angeschlossenen Diode verbunden ist. Diese Einrichtung dient vor allem der Stabilisierung des Primärstromes, so daß er auch bei veränderter Motordrehzahl unabhängig von der Batteriespannung und den Schlicßzeiten des Zündkontaktes sich auf den gewünschten Betriebswert einstellt. Jedoch mangelt es beiHowever, a transistor ignition system is known from German Offenlegungsschrift 14 64 064, one with the primary winding of an ignition coil and a current negative feedback resistor in series lying transistor over its base on the one hand with a current negative feedback resistor lying parallel Diode array and on the other hand is connected to the collector of a control transistor, the Emitter also via a current negative feedback resistor with the direct current source and its base with one electrode of a parallel to the emitter-base path of the control transistor and with its other electrode is also connected to the DC power source connected diode. This The device is mainly used to stabilize the primary current so that it can also be used when the engine speed changes regardless of the battery voltage and the closing times of the ignition contact Sets the operating value. However, there is a lack of

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dieser Ausführung noch eines guten Schutzes gegen thermische Überlastung, die sich auf Grund der schwankenden Bordnetzspannung und der Umgebungs-Temperatureinflüsse ergibt.this version still provides good protection against thermal overload, which is due to the fluctuating vehicle electrical system voltage and the ambient temperature influences.

Zwar ist schon nach der deutschen Offenlegungsschrift 21 24 310 bei einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen ein temperaturabhängiger Widerstand zur Kompensation von Temperatureinflüssen vorgesehen, doch handelt es sich bei der Gesamtanlage um eine Spezialeinrichtung mit einer zusätzlichen Abführspule und weiteren zusätzlichen elektronischen Elementen, die die Anlage komplizieren und verteuern.It is true that according to German Offenlegungsschrift 21 24 310 an ignition system for internal combustion engines a temperature-dependent resistor is provided to compensate for temperature influences, however, the entire system is a special device with an additional discharge coil and other additional electronic elements that complicate and make the system more expensive.

Eine andere bekannte Ausführung (deutsche Offenlegungsschrift 21 19 258) zeigt die Anordnung einer Z-Diode zwischen der Primärwicklung der Zündspule und der Masse, um den Leistungs'ransistor vor Überspannungen zu schützen. Die Einrichtung ist jedoch in einem anderen Aufbau einer Zündanlage getroffen.Another known embodiment (German Offenlegungsschrift 21 19 258) shows the arrangement of a Zener diode between the primary winding of the ignition coil and ground to protect the power transistor from overvoltages to protect. However, the device is made in a different construction of an ignition system.

Schließlich zeigt die USA-Patentschrift 32 60 891, ebenfalls von einer anders aufgebauten Zündanlage ausgehend, das mit einem die elektronischen Bauteile aufnehmenden Gehäuse verbundene Zündspulengehäuse. Finally, the USA patent specification 32 60 891 shows, also of a differently constructed ignition system starting out, the ignition coil housing connected to a housing accommodating the electronic components.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Zündeinrichtung der eingangs erwähnten Art nicht nur bei kleiner Batteriespannung die Zündenergie und damit die Sekundärspannung über einen weitreichenden Drehzahlbereich konstant zu halten, sondern insbesondere die Verlustleistung bei stehendem Motor auf Grund von Temperatureinflüssen zu begrenzen.The object of the invention is, in the case of an ignition device of the type mentioned at the outset, not only in the case of a smaller one Battery voltage, the ignition energy and thus the secondary voltage over a wide speed range to keep constant, but especially the power loss when the engine is stopped due to To limit temperature influences.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zwischen dem Unterbrecher und dem zweiten Transistor liegender und an die Basis des zweiten Transistors angeschlossener Kaltleiter-Widerstand, der thermisch mit dem ersten Transistor gekoppelt ist, bei einer Erhöhung der Temperatur des ersten Transistors den Basisstrom des zweiten Transistors und damit den Basisstrom des ersten Transistors und damit den durch den ersten Transistor und die Primärwicklung fließenden Ladestrom verringert, und daß die erste und die zweite Diode Z-Dioden sind, wobei die erste Diode mit ihrer Kathode mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist und die eine Elektrode der zweiten Diode die Anode und die andere Elektrode die Kathode ist.The object is achieved in that one between the interrupter and the second Transistor lying and connected to the base of the second transistor PTC resistor, the is thermally coupled to the first transistor upon an increase in the temperature of the first transistor the base current of the second transistor and thus the base current of the first transistor and thus the through the first transistor and the primary winding reduced charging current flowing, and that the first and the second diode are Zener diodes, the first diode having its cathode connected to the base of the first transistor and one electrode of the second diode is the anode and the other electrode is the cathode.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt eine dritte Z-Diode mit ihrer Kathode an einer Anzapfung der Primärwicklung und mit ihrer Anode an Masse, wodurch eine Spannungsbegrenzung der Sperrspannung am ersten Transistor und der Zündspannung erreicht wird.In a further embodiment of the invention, a third Zener diode is connected to a tap with its cathode the primary winding and its anode to ground, thereby limiting the voltage of the reverse voltage at the first transistor and the ignition voltage is reached.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht schließlich vor, daß der Kaltleiter-Widerstand, die Z-Dioden, die Transistoren, die Ctromgegenkopplungswiderstände, die Zündspule und weitere zur Steuerung dienende elektronische Bauelemente in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.The further embodiment of the invention finally provides that the PTC resistor that Z-diodes, the transistors, the current negative feedback resistors, the ignition coil and others for the control serving electronic components are housed in a common housing.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.The object of the invention is shown in the drawing in an exemplary embodiment.

F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung in einer Schaltungsskizze;F i g. 1 shows the device according to the invention in a circuit diagram;

F i g. 2 zeigt die integrierte Baueinheit in einem Längsschnitt undF i g. 2 shows the integrated unit in one Longitudinal section and

Fig.3 zeigt die integrierte Baueinheit in einer Draufsicht.Fig.3 shows the integrated unit in one Top view.

Wenn der Unterbrecherkontakt 1 geschlossen wird, fließt ein Strom vom Pluspol der Batterie 2 über den Stromgegenkopplungswiderstand 3 durch Emitter 4a und Basis 4b des Transistors 4, ferner über clfn Kaltleiter 5 und den Vorwiderstand 6 zur Masse bzw. Minus-Pol der Batterie zurück. Dadurch ist ein Kollektorstrom über Stromgegenkopplungswiderstand 3, Emitter 4a und Kollektor 4c des Transistors 4 und über Basis Tb und Emitter Ta des Transistors 7 und über den Stromgegenkopplungswiderstand 8 wieder zur Masse bzw. zum Minus-Pol der Batterie 2 gegeben. Dieser Kollektorstrom bringt den Transistor 7 in den leitenden Zustand, wodurch ein Strom vom Pluspol der Batterie über die Primärwicklung 9a der Zündspule 9 sowie den Kollektor Tc und den Emitter Ta des Transistors 7 und über den Stromgegenkopplungswiderstand 8 nach Masse bzw. Minus-Pol der Batterie fließt. In der Zündspule 9 wird somit eine magnetische Energie gespeichert. Diese wird beim öffnen des Unterbrecherkontaktes 1 und damit durch Sperren der beiden Transistoren 4 und 7 über die Sekundärspule 96 an die Zündkerzen 21 abgegeben.When the interrupter contact 1 is closed, a current flows from the positive pole of the battery 2 via the current negative feedback resistor 3 through the emitter 4a and base 4b of the transistor 4, furthermore via clfn PTC thermistors 5 and the series resistor 6 to the ground or negative pole of the battery. As a result, a collector current is passed through the negative current resistor 3, emitter 4a and collector 4c of the transistor 4 and via the base Tb and emitter Ta of the transistor 7 and the negative current resistor 8 back to ground or to the negative pole of the battery 2. This collector current brings the transistor 7 into the conductive state, whereby a current from the positive pole of the battery via the primary winding 9a of the ignition coil 9 as well as the collector Tc and the emitter Ta of the transistor 7 and via the current negative feedback resistor 8 to ground or negative pole of the battery flows. Magnetic energy is thus stored in the ignition coil 9. This is transmitted to the spark plugs 21 via the secondary coil 96 when the interrupter contact 1 opens and thus by blocking the two transistors 4 and 7.

Es wird also die vom Strommaximum abhängige primäre Speicherenergie · P beim öffnen des Unterbrecherkontaktes, d. h. durch gleichzeitiges Sperren der beiden Transistoren 4 und 7 über die Sekundärwicklung 9t, in der die erforderliche Zündhochspannung induziert wird, an die Zündkerzen geleitet.The primary storage energy · P dependent on the current maximum is passed to the spark plugs when the interrupter contact is opened, ie by simultaneously blocking the two transistors 4 and 7 via the secondary winding 9t, in which the required high ignition voltage is induced.

Zur Erreichung einer Ladestromstabilisierung ist bei den Transistoren je eine Z-Diode parallelgeschaltet. Hierbei ist die Basis 4b des Transistors 4 mit der Z-Diode 11 verbunden, während die dem Transistor 7 zugeordnete Z-Diode 12 über die Kathode mit der Basis Tb des Transistors 7 verbunden ist. Der Scheitelwert des Basisstromes und damit die sekundäre Zündenergie ist durch beide Stromstabilisierungsschaltungen·. Z-Diode 11, Stroiiigegenkopplungswiderstand 3 und Transistor 4 sowie Z-Diode 12, Stromgegenkopplungswiderstand 8 und Transistor 7, weitgehend von Schwankungen der Bordnetz- bzw. Batteriespannung unabhängig.To achieve a stabilization of the charging current, a Zener diode is connected in parallel on each of the transistors. Here, the base 4b of the transistor 4 is connected to the Zener diode 11, while the Zener diode 12 assigned to the transistor 7 is connected to the base Tb of the transistor 7 via the cathode. The peak value of the base current and thus the secondary ignition energy is through both current stabilization circuits ·. Zener diode 11, current negative feedback resistor 3 and transistor 4 as well as Zener diode 12, current negative feedback resistor 8 and transistor 7, largely independent of fluctuations in the electrical system or battery voltage.

Zur Spannungsbegrenzung der Sperrspannung am Transistor 7 und somit der Zündspannung ist eine Z-Diode 13 derart in die Schaltung eingefügt, daß diese mit ihrer Kathode an einer Anzapfung der Primärwicklung 9a der Zündspule und mit ihrer Anode an Masse liegt.To limit the voltage of the reverse voltage at the transistor 7 and thus the ignition voltage is a Zener diode 13 is inserted into the circuit in such a way that its cathode is connected to a tap on the primary winding 9a of the ignition coil and its anode is connected to ground.

Tritt nämlich bei einer eingeschalteten Zündanlage eine Unterbrechung des Sekundärkreises der Zündspule ein, so können sekundärseitig Spannungen, die weit über der geforderten Lcerlaufspannung liegen, auftreten. Diese mit dem Übersetzungsverhältnis über die Primärseite transformierten Spannungen wurden als Sperrspannungen am Transistor 7 anstehen und zu dessen Zerstörung führen. Die Z-Diode 13 begrenzt die Transistorspannung und damit auch die Zündspannung.If the ignition system is switched on, the secondary circuit of the ignition coil is interrupted on the secondary side, voltages that are far above the required linear voltage can occur. These voltages transformed with the transmission ratio via the primary side were called Blocking voltages are present at transistor 7 and lead to its destruction. The Zener diode 13 limits the Transistor voltage and thus also the ignition voltage.

Bleibt hingegen die Zündung über längere Zeit bei Stillstand des Motors bei geschlossenem Unterbrecherkontakt eingeschaltet, so fließt ein Dauerstrom, wodurch die Verlustleistung weit über derjenigen liegt, die während des normalen Betriebes mit 50% Schließzeit des Unterbrecherkontaktes angegeben ist. Überschreitet dabei die Temperatur des Transistors 7 die für ihn kritische Grenze, so spricht der mit ihm mechanisch gekoppelte Kaltleiter-Widerstand 5 an. Dieser erhöht seinen Widerstand mit einem entsprechenden Temperatur-Koeffizienten und steuert damit den Transistor 4 zu. Der dadurch verminderte Basistrom des Transistors 7 verringert den Ladestrom und senkt die Gesamtverlustleistung mit dem Quadrat des Stromes auf den temperaturmäßig zulässigen Grenzwert.If, on the other hand, the ignition remains for a longer period of time when the engine is at a standstill and the interrupter contact is closed switched on, a continuous current flows, which means that the power loss is far above that of the is specified with 50% closing time of the breaker contact during normal operation. Exceeds while the temperature of the transistor 7 is the critical limit for it, it speaks to it mechanically coupled PTC resistor 5. This increases its resistance with a corresponding temperature coefficient and thus controls the transistor 4. The resulting reduced base current of the transistor 7 reduces the charging current and lowers the total power loss with the square of the current on the temperature basis permissible limit value.

In der Schaltungsskizze sind noch weitere elektronische und andere Bauelemente angeordnet, die zu demThere are more electronic ones in the circuit diagram and other components arranged to the

Zündsystem gehören.Ignition system belong.

So stellen Z-Diode 14 und Kondensator 15 Schutzmittel gegen Störspannungsspitzen aus dem Bordnet/ dar, welche parallel zu den Eingangsklemmen 17 und 18 des Ziindsystems liegen. Mit 19 ist ein Grundlastwiderstand für den Unterbrecherkontakt I bezeichnet.Thus, Zener diode 14 and capacitor 15 provide protection means against interference voltage peaks from the board, which are parallel to the input terminals 17 and 18 of the ignition system. A base load resistor for the interrupter contact I is designated by 19.

An der Vcrbindungsleitung zwischen dem Kollektor 7 c und dem einen Ende der Primärwicklung 9;/ lsi über den Schutzwiderstand 16 der Drehzahlmesser 24 angeschlossen. Zwischen Basis Tb und Emitter 7;/ des Transistors 7 ist außerdem ein Kopplungswidcrstami 20 angeordnet. Connected to the connecting line between the collector 7c and one end of the primary winding 9; / lsi via the protective resistor 16 of the tachometer 24. A coupling resistor 20 is also arranged between the base Tb and the emitter 7; / of the transistor 7.

Die von der Sekundärwicklung 9b an die Zündkerzen 21 abgegebene Energie wird über die Funkenstrecke 22The energy delivered by the secondary winding 9b to the spark plugs 21 is transmitted via the spark gap 22

im Zündverteiler und über die Störschutzwidc-rsiände 25 und 26 geleitet. F'arallel zur Zündstrecke liegt eir Nebensehlußwiderstand 23 und die Leistungskapazitäl 27.in the ignition distributor and via the interference protection resistors 25 and 26 directed. A shunt resistor 23 and the power capacity are parallel to the ignition gap 27

F i g. 2 und 3 zeigen die in einem gemeinsamen Gehäuse 28 untergebrachte elektronische Steuereinrichtung 3 bis 20 und die Zündspule 9. Hierbei fällt eine besondere Kapselung der Zündspule, wie sie sonst erforderlich ist, fort, da diese ohne die besondere Kapsel lediglich in einem durch eine Wand 28c7 abgetrennten Kaum 28b des Gehäuses 28 angeordnet ist. Von der /.ündspule 9 führt das Zündkabel über die Auslaütülle 29 zum Verteiler und von dort zu den Zündkerzen.F i g. 2 and 3 show the electronic control device accommodated in a common housing 28 3 to 20 and the ignition coil 9. This requires a special encapsulation of the ignition coil, as is otherwise required is gone, since this without the special capsule is only separated in one by a wall 28c7 Hardly 28b of the housing 28 is arranged. The ignition cable leads from the ignition coil 9 via the outlet nozzle 29 to the distributor and from there to the spark plugs.

Hierzu 2 Blau ZeichnungenFor this purpose 2 blue drawings

Claims

Patent claims:

1. Ignition system for internal combustion engines, with a direct current source, an interrupter and an ignition coil having primary and secondary windings, whereby when the interrupter is opened and the charging current flowing through the primary winding is interrupted, the energy stored by the primary winding in the secondary winding provides an ignition voltage sufficient for ignition generated, with a first transistor lying in series with the primary winding and a first current negative feedback resistor and with its collector connected to one end of the primary winding and with its emitter connected to the first current negative feedback resistor via its base on the one hand with a first diode parallel to the first current negative feedback resistor and on the other hand with is connected to the collector of a second transistor, the emitter of which is connected via a second current negative feedback resistor to one pole of the direct current source and its base to one electrode in parallel the emitter-base path of the second transistor and connected with its other electrode to the one pole of the direct current source connected to the second diode, characterized in that a between the interrupter (1) and the second transistor (4) lying and to the Base (4i>) of the second transistor (4) connected PTC resistor (5), which is thermally coupled to the first transistor (7), the base current of the second transistor (4) when the temperature of the first transistor (7) increases and thus reducing the base current of the first transistor (7) and thus the charging current flowing through the first transistor (7) and the primary winding (9a), and that the first (12) and the second (11) diodes are Zener diodes, wherein the first diode (12) has its cathode connected to the base (7b) of the first transistor (7) and one electrode of the second diode (11) is the anode and the other electrode is the cathode.

2. Ignition system according to claim 1, characterized in that a third Z-DIode (13) with its cathode at a tap on the primary winding (9a) and with its anode at ground.

3. Ignition system according to claim 1 or 2, characterized in that the PTC resistor, the Z-diodes, the transistors, the current negative feedback resistors, the ignition coil and others for Electronic components (6, 14, 15, 16, 19, 20) used for control in a common housing (28) are housed.