DE2729170A1

DE2729170A1 - Anlasschaltung fuer ein elektronisches zuendsystem

Info

Publication number: DE2729170A1
Application number: DE19772729170
Authority: DE
Inventors: William Folsom Davis; Wilson David Pace
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1977-06-28
Publication date: 1978-01-12
Also published as: FR2356826A1; GB1565757A; US4100907A; JPS535343A

Description

Dipl.-Phys. O.E. Weber α ο·β Monch.n 71

Hofbrunnstraße 47

Telefon: (069)7915050

Telegramm: monopolweber manchen

M 560

MOTOROLA. INC.
East Algonquin Rood
Schaumburg, 111. 60196
USA

Anlaßschaltung für ein elektronisches Zündsystem

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Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung bezieht sich auf den Gegenstand einer US-Patentanmeldung mit dem Titel "Improved Solid State Ignition System and Method for Regulating the Dwell Time Thereof" von Douglas C. Session, welche auf Motorola, Inc. übertragen wurde.

Die Erfindung betrifft Hochenergie-Zündsysteme und bezieht sich insbesondere auf eine Schaltung zur Steuerung des Startens und des Zündens einer Brennkraftmaschine, wobei vermieden werden soll, daß ein Funkenpotential aufgebaut wird, welches zu einer Fehlzündung in zeitlicher Hinsicht in der Maschine zwischen dem Startbetrieb und dem normalen Betrieb führen könnte.

Unter ungünstigen Betriebsbedingungen, beispielsweise bei einer schwachen Batterie, oder bei kaltem Wetter, treten bei bekannten elektronischen Zündsystemen Schwierigkeiten beim Anlassen der Maschine auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Startschaltung für ein elektronisches Zündsystem der eingangs näher genannten Art zu schaffen, welche auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen ein einwandfreies Anlassen der Maschine gewährleistet und dabei zugleich auch einen reibungslosen übergang von der Startphase in die normale Betriebsphase gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine Stillstandsschutzschaltung vorgesehen ist, welche mit der Strombegrenzerschaltung verbunden ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches dazu dient, die Strombegrenzerschaltung dazu zu veranlassen, daß die Stromumschaltschaltung gesperrt wird, so daß der Strom durch die Spule

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gesperrt ißt, wenn die Geschwindigkeit unter einer vorgegebenen Drehzahl liegt, um eine Funkenerzeugung zu verhindern, daß die Stillstandsschutzschaltung eine Ladungsspeichereinrichtung aufweist, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Bezugspegel jeweils mit einer ersten und einer zweiten Geschwindigkeit aufgeladen bzw. entladen wird, und zwar während des normalen Maschinenbetriebes, während die Aufladung auf einen größeren Wert als den zweiten Pegel erfolgt, wenn die Maschinendrehzahl unter dem vorgegebenen Wert liegt, um das Ausgangssignal zu erzeugen, daß weiterhin eine Entladeschaltung vorhanden ist, welche auf ein Startbefehlssignal anspricht, um die Ladungsspeichereinrichtung dazu zu bringen, daß sie auf ein Potential entladen wird, welches geringer ist als der erste Pegel, und zwar während des Startbefehlssignals, wobei die Ladungsspeichereinrichtung von dem ersten Potential geladen wird, wenn das Startbefehlssignal beendet wird, und daß eine Startstromschaltung bzw. Anlaßschaltung vorhanden ist, welche mit der Stillstandsschutzschaltung verbunden ist und mit einer Vorspannungsschaltung, welche darauf anspricht, daß die Ladungsspeichereinrichtung entladen wird, um die Größe des Bezugspotentials derart anzuheben, daß die Größe des Stromes durch die Spule angehoben wird, und welche auch darauf anspricht, daß die Ladungsspeichereinrichtung von dem Potential geladen wird, welches das Bezugspotential veranlaßt, daß es mit einer vorgegebenen Rate auf den Betriebswert vermindert wird.

Bei elektronischen Zündsystemen der oben diskutierten Art ist es sehr erwünscht, einen anderen Startstrom als den normalen Strom während des normalen Betriebes der Maschine zur Verfügung zu haben. Auf diese Weise läßt sich das Anlaßverhalten der Maschine verbessern. Wenn beispielsweise in solchen Zündsystemen, bei welchen der normale Betriebsstrom etwa 6 Ampere beträgt, das Anlaßverhalten verbessert werden soll, so wird während

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der Startphase der Strom auf etwa 9 Ampere angehoben. Nachdem die Maschine dann angelassen ist, würde der Strom durch die Zündspule wieder auf den normalen Betriebswert vermindert.

Bei diesen Festkörper-Zündsystemen tritt jedoch ein weiteres Problem auf, welches überwunden werden muß, wenn während der Startphase ein stärkerer Strom erzeugt wird. Solange beispielsweise das Startbefehlssignal synchron zu dem Zündbefehl beendet wird (Entladen der Zündung), wird durch den Unterschied in den Stärken des Startstromes in bezug auf den normalen Betriebsstrom kein Problem geschaffen. Wenn jedoch der Startbefehl durch Ausschalten des Zündschalters aus der Startposition beendet wird, wenn der Strom zu der Spule begrenzt ist, und zwar unmittelbar bevor der nächste Zündbefehl kommt, kann unter der Voraussetzung, daß der momentane Übergang vom Startstrom auf den normalen Betriebsstrom hinreichend rasch erfolgt, eine Spannung in der Sekundärwicklung der Zündspule erzeugt werden. Wenn dies der Fall ist, könnte ein vorzeitiger Zündfunken erzeugt werden, der zu einer vorzeitigen Zündung in der Maschine führt. Dieses Zündpotential, welches als übermäßige Funkenverzögerung wirkt, könnte das Startverhalten der Maschine ernsthaft beeinträchtigen und sogar zu Beschädigungen der Maschine führen. Deshalb ist es ein Vorteil, wenn gemäß der Erfindung ein vorzeitiges Zünden der Maschine aufgrund des Überganges zwischen dem Startmodus und dem Betriebsmodus verhindert wird.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung der wesentliche Vorteil erreichbar, daß die erfindungsgemäße Schaltung sich leicht als integrierte Schaltung aufbauen läßt und mit gegenwärtig verwendeten Festkörper-Zündsystemen kompatibel ist.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Anlaßschaltung geschaffen, welche einen Startstrom liefert, der stärker ist als der

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normale Betriebsstrom und welcher einer Zündspule zugeführt wird, die mit dem Zündsystem verbunden ist, sobald ein Startbefehl ssignal gegeben wird.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung die Anlaßschaltung für ein elektronisches Festkörper-Zündsystem derart ausgebildet, daß eine Fehlzündung in der Brennkraftmaschine verhindert wird, wenn das Zündsystem von der Startphase auf den normalen Betriebszustand umgeschaltet wird.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine teilweise als Blockschaltbild und teilweise als Schaltschema gezeichnete Darstellung eines elektronischen Zündsystems, welches eine erfindungsgemäße Anlaßsch&ltung aufweist,

!'ig. 2 ein vereinfachtes Schaltschema einer Stillstandsschutzschaltung, welche in dem Zündsystem gemäß I'ig. 1 enthalten ist,

iig. 5 ein vereinfachtes Schaltschema, welche die erfindungsgemäße Anlaßschaltung darstellt,

iig. 4 Wellenformen, welche zur Erläuterung der Arbeitsweise der Stillstandsschutzschaltung und der Anlaßschaltung gemäß der Erfindung dienen,

Fig. 5 Wellenformen, welche zur Erläuterung der Arbeitsweise des Festkörperzündsysteins dienen, einschließlich der erfindungsgemäßen Anlaßschaltung, und

Fig. 6 ein Schalt schema der erfindungsgemäßen Anlaßschaltung mit der zugehörigen Vorspannungsschaltung.

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In der Fig. 1 ist ein elektronisches Zündsystem 10 dargestellt, mit welchem eine Stillstandsschutzschaltung 12 und eine Anlaßschaltung 14 gemäß der Erfindung verbunden sind. Das Zündsystem 10 ist derart ausgebildet, daß es Taktsignale oder Zeitsteuersignale empfängt, welche in zeitlicher Beziehung zu der Drehzahl der Maschine erzeugt werden. Die Tatksignale werden im Verteiler erzeugt, wie es an sich bekannt ist, und sie werden den Eingangsklemmen 16 und 18 des Zündsystems 10 zugeführt. Das Zündsystem 10 ist in der oben genannten Patentanmeldung von Douglas C. Sessions beschrieben und wird hier nur kurz dargestellt. Die Zeitsteuersignale, welche den Eingangsklemmen des !Comparators 20 zugeführt werden, sind im wesentlichen sinusförmig. In Reaktion auf diese Zeitsteuersignale liefert der Komparator 20 ein Rechtecksignal am Ausgang, welches ein Tastverhältnis von im wesentlichen 50 % hat. Das Ausgangssignal vom Komparator 20 wird dem Eingang der Integrierschaltung 20 zugeführt, die als Eingangsviertelperiodenschaltung ausgebildet sein kann. Die Integrierschaltung 22 liefert als Ausgangssignal ein Monopulssignal, und zwar während der ersten Viertelperiode des vom Komparator 20 angelegten Eingangssignals. Das Ausgangssignal der Integrierschaltung 22 wird verschiedenen Schaltungen zugeführt, von denen eine das NOR-Gatter 24 ist. Somit wird in Reaktion auf den Impuls, welcher dessen einem Eingang zugeführt wird, das NOR-Gatter 24 gesperrt und läßt den Verstärker 26 während der ersten Viertelperiode der zugeführten Zeitsteuersignale gesperrt werden. Deshalb wird am Ausgang des Verstärkers 26 kein Strom erzeugt, der in Reihe zwischen der Primärwicklung der Zündspule 30 und dem Abtastwiderstand 32 angeordnet ist. Wie nachfolgend im einzelnen erläutert wird, wird in Reaktion auf die Vorderflanke des Monopulssignals beispielsweise die Zündspule 30 entladen, um das Funkenpotential an der Sekundärwicklung entstehen zu lassen, um die Zündkerzen in einer entsprechenden zeitlichen Beziehung zu der Maschine zur Zündung zu bringen. Das Ausgangssignal der Integrierschaltung 22 wird auch den Integrierschaltungen 34 bzw. 36 zugeführt,

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deren Ausgänge jeweils mit der nicht invertierenden bzw. der invertierenden Eingangsklemme des Komparators 38 verbunden sind. Die Integrierschaltung 34 erzeugt ein Ausgangssignal, welches während der ersten Viertelperiode rampenartig ansteigt und während des übrigen Teils des Zeitsteuersignalε abfällt. Weiterhin liefert der Integrator 36 eine veränderliche Schwellenspannung, deren Größe sich linear in Reaktion auf die Drehzahl der Maschine ändert. So lange das Ausgangssignal von der Integrierschaltung 3^ größer bleibt als das Ausgangssignal vom Integrator 36, wird am Ausgang des Komparators 38 ein Ausgangssignal abgeleitet, welches einer zweiten Eingangsklemme des NOR-Gatters 24 zugeführt wird, und der Verstärker 26 bleibt gesperrt. Wenn jedoch die Größe des Ausgangssignals von der Integrierschaltung 3^ im wesentlichen gleich oder kleiner als das Ausgangssignal von der Integrierschaltung 36 wird, ändert der Komparator 38 die Richtung so, daß der Verstärker 26 eingeschaltet wird und durch die Frimärwicklung der Zündspule ein Strom fließt. Der Erregungsspulenstrom, welcher durch die Zündspule 30 fließt, fließt auch durch den Abtastwiderstand oder Fühlerwiderstand 32 und erzeugt an diesem Widerstand einen Spannungsabfall, der proportional zu der Größe des Stromes ist, welcher durch den Verstärker 26 geliefert wird. Die Spannung, welche an dem Abtastwiderstand 32 abfällt, wird der nicht invertierenden Eingangsklemme des Komparators 40 zugeführt, dessen Ausgangssignal sowohl einem weiteren Eingang der Integrierschaltung 36 als auch einer zusätzlichen Eingangsklemme des NOR-Gatters 24 zugeführt wird. Der nicht invertierenden Eingangsklemme des Komparators 40 wird unter normalen Betriebsbedingungen eine Betriebsbezugsspannung (V_BTfp) zugeführt, welche durch die Vorspannungsschaltung 42 über die Leitung 43 geliefert wird. Im normalen Betrieb wird der Strom über den Verstärker 26 dazu gebracht, daß er ansteigt, bis die Spannung, welche an dem Abtastwiderstand 32 abfällt, größer wird als die Bezugsspannung (V_BEF), so daß die Ausgangsspannung

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des Komparators 40 ihre Richtung ändert. In Reaktion darauf wird das NOR-Gatter 24 in zunehmendem Maß gesperrt, so daß dadurch der Verstärker 26 in zunehmendem Maß gesperrt wird, um den Strom durch den Verstärker auf eine vorgegebene Größe zu begrenzen. In ähnlicher Weise verursacht das Ausgangssignal des Komparators 40 eine vorgebbare Abnahme des Ausgangssignals von der Integrierschaltung 36. Diese Strombegrenzungswirkung durch die Zündspule 30 wird aufrechterhalten, bis das nächste Zeitsteuersignal dem Komparator 20 zugeführt wird, der von der Integrierschaltung 22 ein weiteres Viertelperioden-Monopuls-Ausgangssignal ableitet. Das Monopulssignal von der Integrierschaltung 22 sperrt dann das NOR-Gatter 24 und sperrt auch den Verstärker 26, welcher die Zündspule entlädt, um das Funkenpotential zu erzeugen, welches zum Betrieb der Maschine erforderlich ist. Wie in der oben genannten Patentanmeldung von Sessions beschrieben ist, wird die Größe der veränderbaren Schwellenspannung von der Integrierschaltung 36 dazu gebracht, daß sie so lange konstant bleibt, wie die Drehzahl der Maschine konstant gehalten wird. Wenn jedoch die Maschinendrehzahl zunimmt oder abnimmt, wird die Größe der Schwellenausgangsspannung von der Integrierschaltung 36 dazu veranlaßt, daß sie in entsprechender Weise zunimmt oder abnimmt, so daß die Verweilzeit oder der Schließwinkel des Zündsystems einen konstanten Anteil der gesamten Zündperiode behält.

Es dürfte offensichtlich geworden sein, daß der Strom durch die Zündspule 30 durch eine Erhöhung oder eine Verminderung von Vj^kp entweder angehoben oder abgesenkt werden kann. Wenn beispielsweise die Spannung auf einen größeren Wert angehoben wird, würde die Größe des Stromes, welcher durch den Verstärker 26 geliefert wird und welcher über den Abtastwiderstand 32 geführt wird, so lange zunehmen, bis die Größe der Spannung an dem Abtastwiderstand 32 im wesentlichen gleich dem neuen Pegel der Bezugsspannung wird. In gleicher Weise kann

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die Stromstärke durch die Zündspule 30 vermindert werden, indem die Bezugsspannung für den Komparator 40 vermindert wird.

Das Ausgangssignal der Integrierschaltung 22 wird auch der Stillstandsschutzschaltung 12 zugeführt, die einen ersten Ausgang hat, welcher mit dem Abtastwiderstand 32 verbunden ist, und zwar über die Leitung 44, und. welcher auch über die Leitung 46 angeschlossen ist, so daß der Transistor 48 bzw. die Anlaßschaltung 14 jeweils eingeschaltet werden. Der Zweck der Stillstandsschutzschaltung 12 besteht darin, das Zündsystem 10 im abgeschalteten Zustand zu verriegeln, wenn die Maschinendrehzahl unter einen vorgegebenen Wert absinkt, um zu verhindern, daß Strom durch die Zündspule 30 während eines übermäßig langen Zeitintervalls fließt.

In den Fig. 2 und 4 ist eine Schaltung dargestellt, welche dazu dient, die Funktionen der Stillstandsschutzschaltung 12 auszuführen. Wenn angenommen wird, daß unter normalen Betriebsbedingungen ein Ausgangssignal am Ausgang des Komparators 50 geliefert wird und an eine Eingangsklemme des UND-Gatters 52 geführt wird, und zwar in Reaktion auf da& Monopulssignal von der Integrierschaltung 22 (am Beginn jedes Zündzyklus oder jeder Zündperiode), welches der Eingangsklemme 54 zugeführt wird, so wird der Transistor 56 eingeschaltet. Wenn der Transistor 56 durchlässig ist, wird der Kondensator 58 über die Diode 60 und den Transistor 56 auf einen Spannungspegel entladen, welcher gleich der Sättigungsspannung des Transistors und der Diodenspannung 0 ist, wie es als Abschnitt 53 der Wellenform 51 in der Fig. 4 veranschaulicht ist. Da die Große der Spannung am Kondensator 58» dem Stillstandsschutzkondensator, kleiner ist als die Bezugsspannung, welche der nicht invertierenden Klemme des Komparators 50 zugeführt wird, nämlich V'j^,, wird am Ausgang des Komparators ein Ausgangssignal erzeugt, und

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die ursprüngliche Annahme stimmt. Dabei hat das Ausgangssignal vom Komparator 50 zur Klemme 39 keine Auswirkung auf die Arbeitsweise des Zündsystems 10. Solange das Monopulsausgangssignal von der Integrierschaltung 22 der Stillstandsschutzschaltung 12 zugeführt wird, wird die Spannung am Kondensator 58 auf der Sattigungεspannung des Transistors 56 plus der Diodenspannung der Diode 60 gehalten, wie es durch den Abschnitt 53 der Wellenform 51 dargestellt ist. Während normaler Arbeitsbedingungen, beispielsweise zur Zeit T^, wird in Reaktion auf die Beendigung des Monopulssignals der Kondensator 58 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit aufgeladen, welche dem Ladestrom I._o entspricht, der von einer Konstantstromquelle 64 geliefert wird, wie es durch den Wellenformabschnitt 66 veranschaulicht ist. Während des Zündzyklus, zwischen den Zeitintervallen T, und T₁-, nimmt die Spannung am Kondensator 58 auf einen vorgegebenen Wert Vp zu. In Reaktion auf das nächste Zeitsteuersignal, welches dem Komparator 20 zugeführt wird, verursacht das nächste erzeugte Monopulssignal wiederum ein Entladen des Kondensators 58 bei T,-. Solange die Maschinendrehzahl oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, ist die Frequenz des Zündzyklus von hinreichend kurzer Dauer, um die Spannung am Kondensator 58, welche mit V^, bezeichnet ist, unter der Spannung V¹^ zu halten. Wenn die Maschinengeschwindigkeit jedoch abnimmt, wird die Frequenz des Zeitsteuerzyklus vermindert, wodurch eine längere Ladungsperiode des Kondensators 58 entsteht. Somit wird die am Kondensator 58 entstehende Spannung Vq bei einer vorgegebenen Maschinendrehzahl den Wert der Größe der Bezugsspannung erreichen, welche der nicht invertierenden Klemme des Komparators 50 zugeführt wird, so daß der Komparator ausgelöst wird bzw. eingeschaltet wird und den Ausgang abschaltet, d. h. ein Ausgangssignal "Null" dem Eingang des UND-Gatters 52 zuführt. Bis die Stillstandsschutzschaltung 12 entriegelt wird, spricht sie nicht auf irgend ein weiteres Signal an, welches ihr von der Integrierschaltung 22 zugeführt wird, und die Spannung am

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Kondensator 58 bleibt auf einer Größe, welche im wesentlichen der Bezugsspannung V'_Byy entspricht.

In Reaktion darauf, daß die StillStandsschutzschaltung 12 verriegelt ist, bewirkt das Ausgangssignal über die Leitung von der Schaltung, daß der Komparator 40 auslöst (V ^₁, > ^vg2p)i so daß dadurch der Verstärker 26 abgeschaltet wird, so daß die Zündspule 30 nicht langer geladen und entladen wird, so daß die Maschine praktisch abgeschaltet wird.

Eine Methode zur Entriegelung der Stillstandsschutzschaltung 12 besteht darin, daß ein Startbefehl an die Basis des Transistors 48 gegeben wird, indem beispielsweise von einer Bedienungsperson der Zündschalter in eine Startstellung gebracht wird. Wenn der Starttransistor 48 eingeschaltet wird, befindet er sich in der Sättigung, sb daß die Spannung am Kondensator 58 auf einen Pegel vermindert wird, welcher gleich der Sättigungsspannung des Starttransistors ist, wie es zwischen den Zeiten Tq und T. in der Fig. 4 veranschaulicht ist. Wenn der Startbefehl zurückgenommen wird, beginnt die Spannung am Kondensator 58 erneut, rampenartig anzusteigen, und zwar mit einer Geschwindigkeit, welche dem Strom I.g proportional ist, und dieser Vorgang beginnt zur Zeit T.. Wenn die Maschine dann läuft, wird der normale Betrieb erreicht und der Kondensator 58 während Jedes Zündzyklus gemäß der obigen Beschreibung aufgeladen und entladen.

Wie nachfolgend näher erläutert wird, wird infolge des vorher gegebenen Startbefehls die Anlaßßchaltung 14 in Betrieb gesetzt, um zu veranlassen, daß die Bezugsspannung V_RKff, welche durch die Vorspannungsschaltung 42 aufgebaut wird, angehoben wird. Solange der Startbefehl erzeugt wird, wird daher der Strom, welcher durch die Zündspule erzeugt wird, während der Startphase

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auf einen höheren Wert steigen, der eine Funktion der erhöhten Bezugsspannung ist, welche dem Komparator 40 zugeführt wird.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anlaßschaltung 14 anhand der Fig. 3, 4 und 5 näher erläutert. Unter normalen Betriebsbedingungen wird die Spannung am Kondensator 58 der Stillstandsschutzschaltung 12 jeweils erhöht und vermindert, und zwar zwischen den Werten Vp und 0 + SAT, wie es in der Figo 4 veranschaulicht ist«. Deshalb ist die Spannung an der Klemme 47 größer als die Spannung V^, welche an die nicht invertierende Eingangsklemme des Komparators 70 der Anlaßschaltung 14 geliefert wird, wie es in der Fig. 3 veranschaulicht ist. Somit kommt kein Ausgangssignal vom Komparator 70, und die Anlaßschaltung 14 bleibt abgeschaltet. Jedoch wird in Reaktion auf ein Startsignal, welches der Basis des Starttransistors 48 zugeführt wird, die an der invertierenden Eingangsklemme des Komparator^ 70 auftretende Spannung dazu gebracht, daß sie geringer ist als die Spannung V_D, welche an der Diode 72 erscheint, und der Komparator 70, welcher als Halbleiterschalter wirkt, wird ausgelöst. Zu dieser Zeit wird der Ausgangsstrom abgeleitet, welcher die Diode 74 öffnet. Wenn die Diode 74 durchlässig ist, wird der Widerstand 76 effektiv parallel zwischen der Klemme 45, welche in der Vorspannungεschaltung angeordnet ist, und der Bezugsspannungsklemme angeordnet. Somit wird die Bezugs spannung Vpyy auf einen höheren Pegel angehoben, so daß der Wert des Begrenzungsstroms angehoben wird, welcher durch die Zündspule 30 erzeugt wird. Jedoch wird in Reaktion auf das Abschalten des Startbefehlsignals an der Basis des Transistors 48 der Kondensator 50 erneut aufgeladen und wieder entladen, wobei die minimale Spannung an diesem Kondensator auftritt, welche größer ist als die Spannung an der Diode 72» Somit wird der Ausgang des Komparators 70 wieder auf seinen ursprünglichen Zustand gebracht, und der

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Widerstand 76 liegt nicht mehr parallel zu dem Widerstand 49 der Vorspannungsschaltung 42, so daß die Bezugsspannung auf ihren ursprünglichen Wert wieder absinkt.

Gemäß Fig. 5A wird unter Startbedingungen der Strom durch die Zündspule 30 angehoben, wie es oben bereits erläutert wurde, und zwar auf einen neuen Grenzwert, der als Abschnitt 80 der Wellenform 82 veranschaulicht ist. In Reaktion darauf, daß ein Zeitsteuersignal erzeugt wird, während die Maschine beispielsweise im Leerlauf läuft, wird der Verstärker 26 zur Zeit T^ abgeschaltet, wodurch die Zündspule 30 entladen wird, um den erforderlichen Funken zu liefern, damit die Maschine zünden kann. Der Betrieb des Zündsystems würde dann gemäß der obigen Beschreibung weiterlaufen.

Wenn der Fahrer unbewußt das Startsignal abschalten würde, wenn sich der Primärspulenstrom in dem höheren Strombegrenzungsmodus befindet (Zeit T^), bevor der nächste Zündbefehl zur Zeit T₁^ kommt, εο erfolgt ein Übergang von dem Startbegrenzungsmodus auf den normalen Betriebswert des Stromes, wie es in dem Abschnitt 85 der Wellenform 83 in der Fig. 5B veranschaulicht ist. Wenn dieser Übergang hinreichend rasch erfolgt, wird in der Sekundärwicklung der Zündspule ein Strom induziert, welcher einen vorzeitigen Zündfunken erzeugt. Da dieser vorzeitige Zündfunken wesentlich vor der eigentlichen Zündzeit auftreten könnte (Zeit Tc), wirkt der Funken als eine übermäßige Funkenverzögerung, welche die Starteigenschaften der Maschine ernsthaft beeinträchtigen oder sogar die Maschine beschädigen könnte. Damit dies nicht geschieht, muß die Übergangszeit dazu gebracht werden, daß sie unter einem Minimalwert liegt, der erforderlich ist, um einen Funken in der Sekundärwicklung der Zündspule zu erzeugen. Indem daher die Geschwindigkeit des Absinkens der Bezugsspannung gesteuert wird, welche dem Komparator 40 zugeführt

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wird, kann die Übergangsperiode zwischen der Startstrombegrenzung und der Laufstrombegrenzung in der Weise gesteuert werden, daß eine vorzeitige Zündung der Maschine verhindert wird»

Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, da.3 unmittelbar nach dem Abschalten des Startsignals (T_x.) der Kondensator 58 der Stillstandsschutzschaltung 12 beginnt, mit einer Geschwindigkeit aufgeladen zu werden, welche gleich

istc Wenn die zunehmende Spannung am Kondensator 58 der invertierenden Klemme des Komparators 70 zugeführt wird, nimmt das Ausgangssignal mit einer Geschwindigkeit ab, welche zu dem Aufladen des Kondensators und der Verstärkung des Komparators 70 proportional ist. Somit wird die Größe von V-^j₁ mit einer Geschwindigkeit zum Abnehmen gebracht, mit welcher auch das Ausgangssignal des Komparators 70 abnimmt. Durch entsprechende Steuerung der Verstärkung des Komparators 70 kann die Übergangszeit zwischen dem Startmodus und dem Laufmodus bei einer wohldefinierten Rate gehalten werden, so daß die Strombegrenzungsschleife mit einer Rate vermindert wird, bei welcher eine Zündung der Maschine verhindert ist.

In der Fig. 6 sind eine bevorzugte Ausführungsform der Vorspannung sschaltung 42 und der Anlaßschaltung 14 gemäß der Erfindung veranschaulicht. Die Vorspannungsschaltung 42 weist einen Transistor 100 auf, der mit einer Zenerdiode 101 verbunden ist und in einer Emitterfolger-Konfiguration geschaltet ist, so daß an einer Verbindungsstelle 102 eine im wesentlichen konstante Vorspannung erzeugt wird. Der Anschluß der Transistoren 104 und 106 zwischen den Klemmen 102 und 108 liefert jeweils eine Spannung V_ßG an der Klemme 45, so daß ein Null-Temperaturkoeffizient gebildet wird. Das Widerstandsteilernetzwerk,

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welches die Widerstände 49 und 51 aufweist, liefert an der Verbindung 110 dazwischen eine Null-Temperaturkoeffizienten-Bezug ε spannung. Somit ist während des normalen Betriebes der Strom durch den Verstärker 26 und die Zündspule 30 auf diesen vorgegebenen Bezugswert begrenzt, wie es durch den Abschnitt 84 der Wellenform 82 veranschaulicht ist.

Gemäß der obigen Beschreibung ist beim normalen Betrieb die Spannung am Kondensator 58 der Stillstandsschutzschaltung 12, welche der Klemme 47 der Anlaßschaltung 14 zugeführt wird, ausreichend groß, um den Transistor 120 ebenso wie den Transistor 122 in den gesperrten Zustand vorzuspannen. Wenn jedoch das Zündsystem im Startmodus ist (wenn ein Startsignal an die Basis des Transistors 48 angelegt ist), werden der Transistor 120 ebenso wie der Transistor 122 in den durchlässigen Zustand versetzt. Da der Transistor 122 ein FNP-Transistor mit einem Mehrfachkollektor ist, liefert er Ströme an den Transistor und an den Knoten 124 , welche im wesentlichen dieselbe Größe I haben. Somit werden die Diode 126 und der Transistor 128 in den durchlässigen Zustand versetzt. Die an der Basis des Transistors 128 und an dem Knoten 124 auftretende Spannung ist gleich Vy + V-gg. Somit ist die Spannung, welche am Emitter des Transistors 128 erzeugt wird, gleich V_ß(, + V„ - V^, wobei Vg^, der Diodenspannungsabfall der Transistors ist. Wenn Vg^, gleich Vy wird, was herbeigeführt werden kann, wenn die oben genannten Bauteile als monolithische integrierte Schaltung aufgebaut werden, so wird die Spannung am Emitter des Transistors 128 gleich der Spannung Vq_G am Knoten 45. Dadurch wird der Widerstand 130 effektiv parallel zu dem Widerstand 49 geschaltet, wodurch die Bezugsspannung Vp^y angehoben wird, welche am Knoten 110 auftritt. Somit wird während der Startphase die Bezugsspannung Vp-prp auf einen höheren Wert angehoben als während des normalen Betriebes, und es wird ein höherer Startstrom erzeugt, wie es oben bereits ausgeführt wurde.

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In Reaktion auf die Beendigung des Startsignals und darauf, daß der Kondensator 58 mit einer Rate aufgeladen wird, welche der Stromquelle 64 proportional ist, beginnt der Transistor 120, mit einer Rate abgeschaltet zu v/erden, welche seinem ß-Faktor, mal der Aufladungsrate des Kondensators, proportional ist. Somit nimmt auch der dem Knoten 124 zugeführte Strom mit dieser selben Rate ab. Die Spannung am Emitter des Transistors 128 nimmt daher so lange ab, bis die Spannung am Widerstand 132 den durchlässigen Zustand dieses Transistors nicht mehr aufrechterhalten kann. Der Transistor 128 wird dann gesperrt und trennt den Widerstand 130 effektiv ab. Somit wird die Spannung an der Klemme 110 von einem gut definierten Maximalwert langsam vermindert, und zwar auf einen ebenfalls gut definierten Minimalwert, und zwar in vorgegebener Weise, so daß eine vorzeitige Zündung der Maschine verhindert wird. Somit verhindert das Zündsystem, welches eine Anlaßschaltung 14 aufweist, unerwünschte Zündbedingungen, welche andernfalls zwischen dem Einschalten der Maschine in die Startphase und dem normalen Betrieb auftreten könnten, wodurch eine vorzeitige Zündung verursacht würde.

Gemäß der Erfindung wird somit eine Anlaßschaltung für ein elektronisches Zündsystem geschaffen, welche während der Startphase andere Ströme liefert als während des normalen Betriebes. Weiterhin wird der Übergang zwischen der Startphase und dem normalen Betrieb in vorgegebener Weise derart gesteuert, daß keine vorzeitige Zündung auftreten kann.

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Leerseite

-äs-

Claims

Patentansprüche

M.!Zündsystem, welches auf Zeitsteuersignale anspricht, die in zeitlicher Beziehung zu der Drehzahl der Maschine erzeugt werden, um eine Zündspule aufzuladen und zu entladen, welche dazu dient, einen Zündfunken für die Maschine zu erzeugen, wobei eine Stromumschaltschaltung vorhanden ist, um einen Ladestrom durch die Spule zu erzeugen, welcher durch ein Steuersignal gesperrt werden kann, welches in Reaktion auf die ZeitSteuersignale erzeugt wird, um die Spule zu entladen, wobei weiterhin eine Strombegrenzerschaltung vorhanden ist, um die Größe des Ladestromes auf einen Wert zu begrenzen, welcher von einem Betriebsbezugspotential abhängt, und wobei eine Vorspannungsschaltung vorhanden ist, um das Bezugspotential zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stillstandsschutzschaltung (12) vorgesehen ist, welche mit der Strombegrenzerschaltung verbunden ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches dazu dient, die Strombegrenzerschaltung dazu zu veranlassen, daß die Stromumschaltschaltung gesperrt wird, so daß der Strom durch die Spule gesperrt ist, wenn die Geschwindigkeit unter einer vorgegebenen Drehzahl liegt, um eine Funkenerzeugung zu verhindern, daß die Stillstandsschutzschaltung eine Ladungsspeichereinrichtung (58) aufweist, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Bezugspegel jeweils mit einer ersten und einer zweiten Geschwindigkeit aufgeladen bzw. entladen wird, und zwar während des normalen Maschinenbetriebes, während die Aufladung auf einen größeren Wert als den zweiten Pegel erfolgt, wenn die Maschinendrehzahl unter dem vorgegebenen Wert liegt, um das Ausgangssignal zu erzeugen, daß weiterhin eine Entladeschaltung (48) vorhanden ist, welche auf ein Startbefehlssignal anspricht, um die Ladungsspeichereinrichtung dazu zu

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ORIGINAL INSPECTED

bringen, daß sie auf ein Potential entladen wird, welches geringer ist als der erste Pegel, und zwar während des Startbefehlssignals, wobei die Ladungsspeichereinrichtung von dem ersten Potential geladen wird, wenn das Startbefehlssignal beendet wird, und daß eine Startstromschaltung bzw. Anlaßschaltung (14) vorhanden ist, welche mit der Stillstandsschutzschaltung verbunden ist und mit einer Vorspannungsschaltung, welche darauf anspricht, daß die Ladungsspeichereinrichtung entladen wird, um die Größe des Bezugspotentials derart anzuheben, daß die Größe des Stromes durch die Spule angehoben wird, und welche auch darauf anspricht, daß die Ladungsspeichereinrichtung von dem Potential geladen wird, welches das Bezugspotential veranlaßt, daß es mit einer vorgegebenen Rate auf den Betriebswert vermindert wird.

2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung eine elektronische Steuereinrichtung aufweist, welche eine erste, eine zweite und eine Steuerelektrode hat, daß die Steuerelektrode derart ausgebildet ist, daß sie das Startbefehlssignal aufnimmt, daß die erste Elektrode mit einer Massebezugsklemme verbunden ist und daß die Elektrode mit der Ladungsspeichereinrichtung verbunden ist.

3. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Stillstandsschutzschaltung eine Komparatorschaltung (50) aufweist, um das Potential, welches an der Ladungsspeicherschaltung aufgebaut wird, mit einem zweiten Bezugspotential zu vergleichen und um das Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das Potential an der Ladungsspeicherschaltung gleich oder größer als das zweite Bezugspotential wird, daß weiterhin eine Konstantstromquelle (64) vorgesehen ist, um die Ladungsspeichereinrichtung mit einer ersten Rate aufzuladen, und

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daß eine Schaltung (52, 56, 60) vorhanden ist, um die Ladungsspeichereinrichtung mit der zweiten Rate in Reaktion darauf aufzuladen, daß das Steuersignal, welches durch die Zeitsteuersignale erzeugt wird, daran angelegt wird.

4. Zündsystem nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Startstromschaltung einen Komparator (70) aufweist, um einen Treiberstrom in Reaktion darauf zu liefern, daß die Ladungsspeichereinrichtung während der Dauer des Startbefehlssignals entladen wird, wobei die Größe des Treiberstroms eine umgekehrte Funktion des Potentials ist, welches an der Ladungsspeichereinrichtung aufgebaut wird, und daß eine etromgesteuerte, veränderbare Impedanz (74, 76) auf den Treiberstrom anspricht und mit der Vorspannungεschaltung verbunden ist, um die Größe deren Betriebsvorspannungspotentials anzuheben.

5. Zündsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung eine Widerstandsteilerschaltung (49, 5Ό aufweist, welche mit dem Ausgang der Einrichtung verbunden ist, um eine Vorspannung zu erzeugen, daß weiterhin ein erster und ein zweiter Widerstand vorhanden sind, welche in Reihe geschaltet sind, wobei eine Ausgangsklemme dazwischen angeordnet ist, an welcher das Betriebsbezugspotential aufgebaut wird, und daß die ßtromgesteuerte, veränderbare Impedanz der Startstromschaltung derart ausgebildet ist, daß sie parallel zu dem ersten Widerstand der Widerstandsteilerschaltung angeordnet ist, um effektiv deren Größe zu vermindern, wodurch das Betriebsbezugepotential angehoben wird, wenn die etromgesteuerte, veränderbare Impedanz eingeschaltet wird.

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6. Anlaßschaltung zur Erzeugung eines Startstromes, welcher stärker ist als während des normalen Betriebes, wobei der Strom über eine Zündspule erzeugt wird, die durch ein elektronisches Zündsystem steuerbar ist, wobei des System eine Startschaltung aufweist, welche auf ein Startsignal anspricht, wobei weiterhin eine Stillstandsschutzschaltung vorhanden ist, welche dazu dient, ein Zünden der Maschine unterhalb einer vorgebbaren Maschinendrehzahl zu verhindern, und wobei eine Vorspannungsschaltung vorhanden ist, welche eine Betriebsbezugsspannung liefert, die dazu dient, den Wert des Stromes durch die Spule auf einen vorgegebenen Wert zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stillstandsschutzschaltung (12) eine Ladungsspeichereinrichtung (58) aufweist, welche zwischen einem ersten und einem zweiten Fegel jeweils aufgeladen bzw. entladen wird, und zwar während des normalen Betriebes, wohingegen die Ladungsspeichereinrichtung auf einen Pegel entladen wird, welcher geringer ist als der zweite Pegel, wenn die Startschaltung eingeschaltet ist, daß weiterhin eine Startschaltung (14-) auf das Entladen der Ladungsspeichereinrichtung auf einen Pegel, welcher geringer ist als der zweite Pegel, anspricht, um ein Steuersignal zu erzeugen, und daß eine veränderbare Impedanzschaltung (74, 76) auf das Steuersignal anspricht, um die Größe der Betriebsbezugsspannung von der Vorspannungsschaltung so zu vermindern, daß der Wert des Stromes durch die Spule engehoben wird.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsspeichereinrichtung auf einen ersten Pegel hin mit einer vorgegebenen Rate aufgeladen wird, wenn das Startbefehlssignal beendet ist, daß die Startschaltung darauf anspricht, daß die Ladungsspeichereinrichtung mit der vorgegebenen Rate aufgeladen wird, um die Größe des Steuersignals

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mit einer Rate zu vermindern, welche der vorgegebenen Hate proportional ist, und daß die Schaltung mit veränderbarer Impedanz auf das abnehmende Steuersignal anspricht, um die Größe der Vorspannung dazu zu bringen, daß sie entsprechend geringer wird, wodurch die Größe des Stromes durch die Spule vermindert wird, so daß ein vorzeitiges Zünden der Maschine verhindert ist, wenn das £tartbefehlssignal beendet ist.

8. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Startschaltung eine erste elektronische Steuereinrichtung (120) aufweist, die eine erste, eine zweite und eine Steuerklemme hat, daß die Steuerklemme derart ausgebildet ist, daß sie ein erstes Bezugsvorspannungspotential aufnimmt, daß die erste Elektrode mit der Ladungsspeichereinrichtung verbunden ist, und daß eine zweite elektronische Steuereinrichtung (122) vorhanden ist, welche eine erste, eine zweite, eine dritte und eine Steuerelektrode hat, daß die Steuerelektrode derart ausgebildet ist, daß sie ein zweites Bezugsvorspannungspotential aufnimmt, daß die erste Elektrode derart ausgebildet ist, daß sie ein drittes Vorspannungspotential aufnimmt, daß die zweite Elektrode mit der zweiten Elektrode der ersten elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist und daß die dritte Elektrode mit der Einrichtung mit veränderbarer Impedanz verbunden ist.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit veränderbarer Impedanz eine dritte elektronische Steuereinrichtung (126) aufweist, welche eine erste und eine zweite Elektrode hat, daß die erste Elektrode derart ausgebildet ist, daß sie mit einer Ausgangsklemme der Anlaßschaltung verbunden ist, welche an die Vorspannungsschaltung geführt ist, daß die zweite Elektrode mit der dritten

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Elektrode der zweiten elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist, daß weiterhin eine vierte elektronische Steuereinrichtung (128) vorhanden ist, welche eine erste, eine zweite und eine Steuerelektrode hat, daß die Steuerelektrode mit der dritten Elektrode der zweiten elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist, daß die zweite Elektrode mit einer Energieversorgungsspannung beaufschlagt wird, daß weiterhin eine Widerstandsschaltung (13O) vorgesehen ist, welche eine erste und eine zweite Klemme hat, daß die erste Klemme mit der ersten Elektrode der vierten elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist, daß die zweite Klemme derart ausgebildet ist, daß sie mit einer zweiten Ausgangsklemme der Anlaßschaltung verbunden ist, welche mit der Vorspannungsschaltung verbunden ist, und daß die Größe der Impedanz, welche an der ersten und der zweiten Ausgangsklemme auftritt, durch das Steuersignal gesteuert wird.

O. Anlaßschaltung in monolithischer integrierter Schaltung für ein elektronisches Zündsystem, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterumschaltschaltung (70) vorgesehen ist, welche einen ersten und einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, daß der erste Eingang derart ausgebildet ist, daß er ein veränderbares Vorspannungspotential (5Ό aufnimmt, daß der zweite Eingang derart ausgebildet ist, daß er ein festes Vorspannungspotential (VD) aufnimmt, daß die Schalteinrichtung in Reaktion darauf in den durchlässigen Zustand gebracht wird, daß die Größe des veränderbaren Vorspannungspotentials geringer wird als die Größe des festen Vorspannungspotentials, um ein Steuersignal an dem Ausgang zu erzeugen, und daß die Schaltung (7^, 76) mit veränderbarer Impedanz einen Eingang, einen ersten und einen zweiten Ausgang hat, daß der Eingang mit dem Ausgang der

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Umschaltung verbunden ist und daß die Impedanz, welche an dem ersten und dem zweiten Ausgang auftritt, in Reaktion auf das Steuersignal verändert wird, welches dem Eingang zugeführt wird.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Startschaltung eine erste elektronische Steuereinrichtung (12) aufweist, die eine erste, eine zweite und eine dritte Elektrode hat, daß die erste Elektrode derart ausgebildet ist, daß sie das veränderbare Bezugsvorspannungspotential aufnimmt, daß die Steuerelektrode das feste Bezugsvorspannungspotential aufnimmt und daß eine zweite elektronische Steuereinrichtung (122) vorhanden ist, welche eine erste, eine zweite, eine dritte und eine Steuerelektrode hat, daß die Steuerelektrode derart ausgebildet ist, daß sie ein erstes Vorspannungspotential aufnimmt, daß die erste Elektrode derart ausgebildet ist, daß sie ein zweites Vorspannungspotential aufnimmt, daß die zweite Elektrode mit der zweiten Elektrode der ersten elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist und daß die dritte Elektrode mit dem Ausgang der Umschaltschaltung verbunden ist.

12. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit veränderbarer Impedanz eine dritte elektronische Steuereinrichtung (7*0 aufweist, welche eine erste und eine zweite Elektrode hat, daß die zweite Elektrode mit dem Ausgang der Halbleiterschalteinrichtung verbunden ist, daß die erste Elektrode mit dem ersten Ausgang der Anlaßschaltung verbunden ist, daß weiterhin eine vierte elektronische Steuereinrichtung (128) vorhanden ist, welche eine erste, eine zweite und eine Steuerelektrode

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aufweist, daß die Steuerelektrode mit dem Ausgang der Holbleiterschalteinrichtung verbunden ist, daß die zweite Elektrode mit einem anderen Vorspannungspotential verbunden ist und daß eine Widerstandseinrichtung (13O) zwischen der ersten Elektrode der vierten elektronischen steuereinrichtung und einem zweiten Ausgang der Anlaßschaltung angeordnet ist.

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