DE3404245A1 - Hochspannungs-generatorschaltung fuer ein kraftfahrzeugzuendsystem - Google Patents

Description

Hochspannungs-Generatorschaltung für ein
Kraftfahrzeugzündsystem

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungs-Generatorschaltung für ein Kraftfahrzeugzündsystem und betrifft im einzelnen eine Hochspannungs-Generatorschaltung, mit der an Zündkerzen während einer jeden Zündung Hochfrequenz-Impulssignale angelegt werden.

Hochspannungs-Generatorschaltungen der vorstehend genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie z.B. aus der US-PS 4 245 594 von Morino u.a.. Obzwar die Hochspannungs-Generatorschaltungen nach dem. Stand der Technik bei manchen Betriebszuständen der Maschine gut arbeiten, kann trotzdem nicht immer auf zuverlässige Weise an der Zündkerze ein Zündstrom innerhalb eines optimalen Bereichs von ungefähr 30 bis 100 mA erzielt werden, da sich die Funkenhaltespannung entsprechend verschiedenen

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Betriebszuständen ändert, während die Speisespannung konstant ist. Falls ein Zündstrom von weniger als 30 mA hervorgerufen wird, kann keine ausreichende Maschinenleistung erzielt werden, während die Schadstoffabgabe der Maschine zunimmt. Andererseits ergeben Zündströme über 100 mA eine vorzeitige Abnutzung der Zündkerzen und die Gefahr, daß Schaltungselemente in der Zündschaltung zerstört werden.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt Kennlinien, bei denen der Zündkerzen-Zündstrom I gegen die Funkenhai tespannung V aufgetragen ist. Kurven a, b und c zeigen jeweils I -V -Zusammenhänge bei unterschiedlichen Betriebszustän-

Ξ S

den der Maschine. Beispielsweise zeigt die Kurve b eine sehr stabile Spannung V innerhalb eines sehr weiten Bereichs des Stroms I in dem Fall , daß der Zündkerze

Strom aus einer Festspannungsquelle zugeführt wird. Unter Berücksichtigung des Spannungspegels der Festspannungsquelle werden dann die Schaltungsparameter für den Betrieb an einem bestimmten I -V -Punkt wie beispielsweise

S S

an dem in Fig. 1 gezeigten Punkt A gewählt. Falls sich jedoch die Betriebszustände der Maschine wie der Unterdruck, die Temperatur und dergleichen ändern, kann sich die Kurve b nach rechts zur Kurve c, bei der I zu "0"

wird, oder andererseits zur Kurve a verschieben, bei der I sehr hoch wird. Wie jedoch schon vorstehend angeführt wurde, nimmt bei einem Strom I unterhalb des opti-

malen Bereichs, der Kraftstoffverbrauch-Wirkungsgrad ab und die Schadstoffmenge in den Abgasen zu, während bei einem Strom I oberhalb des optimalen Bereichs eine frühzeitige Zündkerzen-Abnutzung eintritt und an den Schaltelementen der Zündschaltung eine höhere Anzahl von Ausfällen auftritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

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Hochspannungs-Generatorschal turiß fur ein Kraft fahr/.euf;-zündsystem zu schaffen, bei der der Kraftstoffverbrauch-Wirkungsgrad verbessert und die Menge abgegebener Schadstoffe vermindert ist.

Ferner soll mit der Erfindung eine Hochspannungs-Gene.ratorschaltung der vorangehend genannten Art geschaffen werden, bei der entsprechend unterschiedlichen Betriebszuständen der Maschine ein optimaler Zündkerzen-Zündstrom selbst dann erzielbar ist, wenn sich die Funkenhaltespannung ändert.

Weiterhin soll die erfindungsgemäße Hochspannungs-Generatorschaltung einen Zündtransformator enthalten, dessen Abmessungen trotz Aufrechterhalten der Leistungsfähigkeit verringert sind.

Ferner soll mit der erfindungsgemäßen Generatorschaltung der Maschinenwirkungsgrad durch Anlegen eines Hochfrequenzsignals an die Zündkerzen der Brennkraftmaschine verbessert werden, wobei die Funkendauer an der Zündkerze verlängert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Hochspannungs-Generatorschaltung für ein Kraftfahrzeugzündsystem gelöst, die eine zwischen eine Gleichspannungsquelle und eine mit einer Zündkerze verbundene Schaltstufe des Kraftfahrzeugs· geschaltete Stromsteuerschaltung aufweist, wobei die Schaltstufe während gewählter Perioden eines jeden Umlaufs einer Brennkraftmaschine mit hoher Frequenz in der Weise ein- und ausgeschaltet wird, daß an den Elektroden der Zündkerze unabhängig von den Bctriebszuständen der Maschine eine lang dauernde Entladung innerhalb des optimalen Strombereichs .hervorgerufen wird. 35

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführun^sbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert .

Fig. 1 ist eine grafische Darstellung, die Zündstrom/ Funkenhaltespannung-Kennlinien zeigt.

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild der Hochspannungs-Generatorschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, das Zündwinkel-Steuersignale zeigt, welche von einer in Fig. 2 gezeigten Zündwinkelsteuerschaltung erzeugt werden.
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Fig. 4a bis 4f sind Zeitdiagramme, die Kurvenformen an bestimmten Punkten in der in Fig. 2 gezeigten Generatorschaltung zeigen.

Fig. 5 ist ein Schaltbild einer in Fig. 2 gezeigten Thyristor-Treiberschaltung.

Fig. 6 ist ein Schaltbild eines Gleichspannungswandlers, der bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Generatorschaltung verwendet wird.

In der Zeichnung sind in den Figuren identische oder einander entsprechende Teile durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet; im einzelnen ist in der Fig. 2 die Hochspannungs-Generatorschaltung. gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer Stromsteuerschaltung 100, einer Schaltstufe 200, einer Verteilerschaltung 300 mit Zündtransformatoren und Zündkerzen und einer Zündwinkelsteuerschaltung 400 gezeigt. Bei dem .in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Stromsteuerschaltung 100

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mit ihrem Eingang an eine (nicht gezeigte) Stromquelle angeschlossen, die eine Kraftfahrzeugbatterie sein kann; gemäß einem nachfolgend in Verbindung mit der Fig. G ausführlich erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel kann die Stromquelle ein Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler sein, der eine aufwärts transformierte Batteriespannung abgibt. Die Stromsteuerschaltung 100 ist so ausgelegt, daß sie einen linear ansteigenden Zündstrom abgibt, wie es nachstehend beschrieben wird.

Die Stromsteuerschaltung 100 enthält einen Transformator 102 mit einer Primärwicklung 104 und einer Sekundärwicklung 106. Die Primärwicklung 104 ist in Reihe zwischen die Stromquelle und die Anode einer Diode 108 geschaltet, deren Kathode mit der Schaltstufe 200 verbunden ist. Die Sekundärwicklung 106 ist mit einem Anschluß gleichfalls an die Stromquelle angeschlossen und mit dem anderen Anschluß an die Kathode einer Diode 110 angeschlossen, deren Anode mit Masse, nämlich dem Fahrzeugchassis verbunden ist.

Die Schaltstufe 200 weist einen MOS-Leistungs-Feldeffekttransistor 202 auf, der mit seinem Source-Anschluß und seinem Drain —Anschluß in Reihe zwischen die Kathode der Diode 108 und die Verteilerschaltung 300 geschaltet ist. Der Feldeffekttransistor 202 ist mit einer Zenerdiode 204 überbrückt, die die Spannung zwischen dem Drain-Anschluß und dem Source-Anschluß des Feldeffekttransistors 202 begrenzt. Zwischen den Gate-Anschluß und den Drain .—Anschluß des Feldeffekt-Transistor 202 ist eine Reihenschaltung aus Zenerdioden 206 und 208 geschaltet, die mit ihren Anoden verbunden sind und die die Gate-Drain —Spannung an dem Feldeffekttransistor 202 auf ein Maximum begrenzen. Ferner sind der Gate-Anschluß und der Drain -Anschluß des Feldeffekttransistors 202

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mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 210 und einer Sekundärwicklung 214 eines Transformators 212 überbrückt. Der Transformator 212 hat eine Primärwicklung 216, welche an eine Treiberschaltung 218 angeschlossen ist, die ihrerseits an einen getasteten Oszillator 220 angeschlossen ist. Auf das Anlegen eines Steuersignals an den Oszillator 220 hin wird an das Gate des Feldeffekttransistors 202 über die Treiberschaltung 218 und den Transformator 212 eine Impulsfolge angelegt, durch die der Feldeffekttransistor 202 entsprechend der von dem getasteten Oszillator 220 abgegebenen Kurvenform abwechselnd voll leitend geschaltet bzw. durchgeschaltet und nicht leitend geschaltet bzw. gesperrt wird.

Die Verteilerschaltung 300 mit den Zündtransformatoren und Zündkerzen-Ansteuerungsschaltungen weist bei dem ersten Ausführungsbeispiel mehrere Zündtransformatoren 302a, 302b, 302c und 302d auf, und zwar jeweils einen für jeden Zylinder der Maschine. Jeder Zündtransformator hat eine Primärwicklung, die mit einem Anschluß an den Drain des Leistungs-Feldeffekttransistors angeschlossen ist und mit dem anderen Anschluß an einen jeweiligen Schalt-Thyristor 304a, 304b, 304c bzw. 304d angeschlossen ist. Der Steueranschluß und der Kathodenanschluß eines jeden Schalt-Thyristors sind jeweils mit einer entsprechenden Thyristor-Treiberschaltung 306a, 306b, 306c bzw. 306d verbunden, deren Einzelheiten in der Fig. 5 gezeigt sind.

Die Zündwinkelsteuerschaltung 400 ist in der Fig. 2 schematisch mit einem Mikrocomputer 402 dargestellt und auf . herkömmliche Weise gestaltet. Der Mikrocomputer 402 ist über einen Meßgeber 403 zum Erfassen der Drehstellung der Maschine mit einer Kurbelwelle 404 der Maschine verbunden sowie ferner mit verschiedenerlei Meßgebern für

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die Überwachung beispielsweise der Maschinen temperatur, des Unterdrucks usw. Der Mikrocomputer 402 gibt auf bekannte Weise Ausgangssignale 404a, 404b, 404c und 404d gemäß der Darstellung in Fig. 3 ab, welche die Drehstellung der Kurbelwelle 404 wiedergeben. Gemäß der Drehstellung der Kurbelwelle 404 sowie gemäß verschiedenen Parametern wie der Maschinentemperatur, dem Unterdruck usw. gibt der Mikrocomputer ein FrUhzündungs- bzw. Zündverstellungssignal 404e ab, das als Auf tastsignal an den getasteten Oszillator 220 angelegt wird, um damit die Zündung bei dem erforderlichen Zündverstellungswinkel für jede der mehreren Zündkerzen der Brennkraftmaschine einzuleiten. Ein in Fig. 3 gezeigtes Signal 222 stellt das durch das Anlegen des Signals 404e an den Oszillator 220 von diesem abgegebene Ausgangssignal dar.

Wie schon vorangehend angeführt wurde, zeigt die Fig. 5 die Einzelheiten der Thyristor-Treiberschaltung 306a und damit der Treiberschaltungen 306b, 306c und 306d, die mit dieser Treiberschaltung identisch sind. Die Treiberschaltung 306a enthält einen Inverter 308, dessen Eingang mit dem entsprechenden Ausgang für das Ausgangssignal 404a des Mikrocomputers 402 verbunden ist und dessen durch einen offenen Kollektor gebildeter Ausgang über einen Widerstand 312 mit der Basis eines pnp-Transistors 310 verbunden ist. Der Ausgang des Inverters 308 ist ferner über einen Widerstand 314 an eine Batteriespannung V_R angeschlossen.

Nachstehend wird die Funktionsweise der Hochspannungs-Generatorschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben. Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist die Stromsteuerschaltung 100 mit einem Anschluß an die Stromquelle, und zwar vorzugsweise über einen Gleichspannungswandler gemäß der Darstellung in Fig. 6 angeschlossen,

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während der andere Anschluß an die Schaltstufe 200 angeschlossen ist, um dieser einen gesteuerten Ausgangsstrom zuzuführen. Wenn die Schaltstufe 200 eingeschaltet ist, nämlich der Leistungs-Feldeffekttransistor durchgeschal-. tet ist, nimmt der von der Stromsteuerschaltung 100 zugeführte Strom aufgrund der Induktivität des Transformators 102 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu. Der Feldeffekttransistor 202, der durch einen Feldeffekttransistor der Reihe IRF830 von International Rectifier gebildet sein kann, wird entsprechend den durch das Auftasten des getasteten Oszillators 220 erzeugten Signalen 222 hohen bzw.niedrigen Pegels ein- bzw. ausgeschaltet, nämlich leitend oder nicht leitend geschaltet. Während der Einschaltzeiten des Feldeffekttransistors 202 wird ein Strom aus der Stromquelle über die Stromsteuerschaltung 100 und den Feldeffekttransistor 202 durchgelassen und in die Primärwicklung eines gewählten Transformators der Zündtransformatoren 302a bis 302d eingeleitet. Die Wahl des betreffenden Transformators wird durch den Ein- oder Ausschaltzustand des zugehörigen gesteuerten SiIiciumgleichrichters bzw. Thyristors 304a bis 304d in Abhängigkeit von dem Einschalten der betreffenden Treiberschaltung 306a bis 306d durch den Mikrocomputer 402 bestimmt.

Die Fig. 4a bis 4f zeigen verschiedenerlei Spannungs- und Strom-Kurvenformen, die in der in Fig. 2 gezeigten Schaltung auftreten. Die Fig. 4a zeigt die Ein- und Ausschaltzustände des MOS-Leistungs-Feldeffekttransistors 202 unter der Steuerung durch das von dem. Mikrocomputer 402 erzeugte Signal 404e. Eine jede in Fig. 4a gezeigte Einschaltperiode des Feldeffekttransistors entspricht einer bestimmten Polarität des Ausgangssignals 222 des Oszillators 220. Die Fig. 4b veranschaulicht den Strom I. durch den Drain des Feldeffekttransistors. Der Strom I. wird

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der Primärwicklung des gerade gewählten Zündtransformators 302a bis 302d zugeführt- Auf das Einschalten des zugehörigen Thyristors 304a bis 304d sowie des Feldeffekttransistors 202 hin nimmt der Strom I. in der Primärwicklung des gewählten Zündtransformators 302a bis 302d von einem Zeitpunkt t_Q bis zu einem Zeitpunkt t gemäß folgender Gleichung zu:

V.

ίο

wobei L₁ die Induktivität der Primärwicklung 104 des Transformators 102 ist, Lp die Induktivität der Primärwicklung eines der Zündtransistoren 302a bis 302d ist und V. die Eingangsspannung der Stromsteuerschaltung 100 ist.

Zu dem Zeitpunkt t₁ wird der Feldeffekttransistor 202 ausgeschaltet, woraufhin die in dem gewählten Zündtransformator 302a bis 302d gesammelte- induktive Energie durch Laden der Streukapazität an der Sekundärwicklung des gewählten Zündtransformators entladen wird. Dies ergibt eine Ionisation des Gasgemisches zwischen den Elektroden der an den betreffenden Zündtransformator angeschlossenen Zündkerze, wodurch ein Überschlag auftritt. Daraufhin fällt die Spannung an der Sekundärwicklung des gewählten Zündtransformators auf die Haltespannung V ab und ver-

bleibt auf dieser für die Dauer des Ausschaltzyklus des Leistungs-Feldeffekttransistors..

30

Die Fig. 4c zeigt einen Rückstell- bzw. Rücklaufstrom in der Sekundärwicklung 106 des Transformators 102 der Stromsteuerschaltung 100. Dieser Rücklaufstrom I_R tritt auf, sobald der Feldeffekttransistor 202 den nicht leitenden Ausschalt- bzw. Sperrzustand einnimmt. Infolgedes-

Ιίι :·

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sen wird während der Zeit des Ausschaltens des Feldeffekttransistors in der Schaltstufe der Kern des Transformators 102 vollständig in den Anfangszustand zurückversetzt bzw. entmagnetisiert. Die Fig. 4d zeigt die Kurvenform der Spannung an dem Drain -Ausgang des Feldeffekttransistors 202.

Faßt man den vorstehend beschriebenen Betriebsvorgang zusammen, so beginnt dann, wenn die Spannung an der Sekundärwicklung des gewählten Zündtransformators die Überschlags spannung der angeschlossenen Zündkerze erreicht, durch die Ionisation des Gasgemisches zwischen den Elektroden der Zündkerze die Entladung, woraufhin die Spannung zwischen den Zündkerzen-Elektroden wie auch die Spannung an der Sekundärwicklung des betreffenden Zündtransformators plötzlich abnimmt, bis die Haltespannung V erreicht ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 4e wird die Haltespannung V für die Dauer des Ausschaltzyklus des Feldeffekttransistors von dem Zeitpunkt t₁ bis zu

einem Zeitpunkt t_ aufrecht erhalten. Gemäß der Darstellung in Fig. 4f nimmt der Strom in der Sekundärwicklung des Zündtransformators, der auch der Strom in der Zündkerze ist, in dem Zeitintervall von t bis t mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit von einem negativen Wert bei t₁ auf "0" zum Zeitpunkt t~ zu. Andererseits wird gemäß den vorstehenden Ausführungen zu dem Zeitpunkt t die in dem Transformator 102 der Stromsteuerschaltung 100 gesammelte induktive Energie über die Sekundärwicklung 106 und die Diode 110 zu der Stromquelle zurückgeführt, wodurch während der Zeit des nicht leitenden

Sperrzustands des Feldeffekttransistors 202 der Kern des Transformators 102 vollständig zurückgestellt bzw. entladen oder entmagnetisiert wird.

Wenn zu dem Zeitpunkt tp die Schaltstufe 200 wieder den

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leitenden Einschaltzustand einnimmt, nimmt der Strom I. über den Ausgangs-Drain des Feldeffekttransistors 202 wieder mit der vorbestimmten Geschwindigkeit zu, und zwar nach folgender Gleichung:

V. - V ο

I, =

(2)

wobei

^VO ·

gilt und V die Haltespannung an der Zündkerze ist sowie N das Windungsverhältnis der Sekundärwicklung zu der Primärwicklung bei den Zündtransformatoren 302a bis 302d ist.

Der als induktive Energie an dem jeweiligen Transformator 302a bis 302d gesammelte Strom I„ kann folgendermaßen angegeben werden:

I =

(4)

Daher' beträgt der Strom I ■ gewählten Zündtransformators

V. - V ίο

- ¹I -

in der Primärwicklung des

⁽⁵⁾

Der tatsächlich zur Zündkerze übertragene Strom I be-

trägt

I =

(6)

copy

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Zu einem Zeitpunkt t nimmt gemäß der Darstellung in Fig. 4a der Feldeffekttransistor 202 den Sperrzustand ein, woraufhin die an dem Zündtransformator gesammelte induktive Energie entladen wird. Da jedoch zu dem Zeitpunkt t„ die Strecke zwischen den Elektroden der Zündkerze schon ionisiert ist, verbleibt die Spannung V auf dem Wert der negativen Haltespannung -V, und steigt nicht als Absolutwert gesehen auf einen Überschlagspegel an.

Folglich nimmt wegen der Verwendung der Stromsteuerschaltung 100 in der erfindungsgemäßen Generatorschaltung

der Strom I über die Zündkerze gemäß der Darstellung s

in Fig. 4f stufenlos zu, wenn die Schaltstufe 200 bzw. im einzelnen der Feldeffekttransistor 202 während der Zeitdauer von t_ bis t_, t. bis t_c usw. den leitenden

<L ο 4 b

Einschaltzustand einnimmt.

Durch die Wahl der Einschaltdauer der Schaltstufe 200 wird der Zündkerzen-Strom I unter einem vorbestimmten Wert gehalten. Auf diese V/eise wird ein übermäßiger

Stromfluß über die Schaltstufe 200 bzw. insbesondere den Feldeffekttransistor 202 sowie über den jeweils gewählten Thyristor 304a bis 304d vermieden.

Die Funktionsweise der in Fig. 5 gezeigten Thyristor-Treiberschaltung ist leicht ersichtlich. Wenn das an den Eingang des Inverters 308 angelegte Eingangssignal 404a bis 404d den hohen logischen Pegel "1" hat, nimmt das Ausgangssignal des Inverters 300 den niedrigen logisehen Pegel "0" an, wodurch der Transistor 310 leitend bzw. durchgeschaltet wird. An den Kollektor des Transistors 310 ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 316 und einer Parallelschaltung mit einem Widerstand 318 und einem. Kondensator 320 angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 316 und 318 und

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dem Kondensator 320 ist mit der Steuerelektrode der; entsprechenden Thyristors 304a bis 304d verbunden, während die entgegengesetzten Anschlüsse des Widerstands 318 und des Kondensators 320 mit Masse verbunden sind. Wenn der Transistor 310 durchgeschaltet ist, entsteht über dem Widerstand 318 und dem Kondensator 320 eine Spannung, die an die Steuerelektrode des entsprechenden Thyristors 304a bis 304d angelegt wird, wodurch dieser leitend bzw. durchgeschaltet wird. Der Kondensator 320 verhindert fehlerhafte Funktionen des Thyristors und verbessert die dv/dt-Eigenschaften des Thyristors.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Generatorschaltung wird nun anhand der Fig. 6 beschrieben. Wie schon vorangehend ausgeführt wurde, enthält dieses Ausführungsbeispiel einen Gleichspannungswandler 500, der zwischen die Fahrzeugbatterie V„ und die Stromsteuerschaltung 100 geschaltet ist. Gemäß der Darstellung in der Fig. 6 ist der Gleichspannungswandler 500 an die Fahrzeugbatterie V. über einen Zündungsschalter SW am Armaturenbrett angeschlossen und weist einen Transformator 502 mit einer Primärwicklung 504 und einer Sekundärwicklung 506 auf. Die Primärwicklung 504 ist an den Zündungsschalter SW in Reihe mit einem mit einer Zenerdiode 510 parallel geschalteten Feldeffekttransistor 508 angeschlossen, wobei der Feldeffekttransistor und die Zenerdiode an den den Verbindungen mit der Primärwicklung 504 gegenüberliegenden Anschlüssen mit Masse verbunden sind. Die Sekundärwicklung 506 ist mit einem Anschluß mit Masse verbunden und mit dem anderen Anschluß .an die Anode einer Diode 512 angeschlossen. Die Kathode der Diode 512 ist in Reihe mit einem Kondensator 514 mit Masse verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen der Diode 512 und dem Kondensator 514 ist mit dem Transformator 102 der Stromsteuerschaltung 100 verbunden und liefert dieser die Ein-

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gangsspannung V. gemäß der Darstellung in Fig. 2. Ferner ist an den Verbindungspunkt zwischen der Diode 512 und dem Kondensator 514 eine Reihenschaltung aus Widerständen 513 und 515 angeschlossen, deren Verbindungspunkt mit dem Negativeingang eines Vergleichers 516 verbunden ist. Der Positiveingang des Vergleichers 516 ist .an eine Bezugsspannung V_otr„ angeschlossen, die gemäß der Darstellung aus der Batteriespannung V_R über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 517 und einer Zenerdiode 519 abgeleitet wird. Der Ausgang des Vergleichers 516 ist mit einem Eingang eines UND-Glieds 518 mit zwei Eingängen verbunden, von denen der zweite Eingang mit einem Oszillator 520 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Glieds 518 ist mit einer Treiberschaltung 522 verbunden, deren Ausgang mit dem Gate des Feldeffekttransistors 508 verbunden ist. An dem Verbindungspunkt zwischen der Primärwicklung 504 und dem Schalter SW kann gemäß der Darstellung in Fig. 6 eine Spannung V,,,, abgenommen werden, die als Speisespannung für die Thyristor-Treiberschaltungen dient.

Der Gleichspannungswandler nach Fig. 6 ist ein Ausschwing- bzw. Rücklauf-Wandler oder Sperrwandler, der die beispielsweise aus der 12 V-Fahrzeugbatterie V₀ zugeführte Spannung auf einen der Stromsteuerschaltung zuzuführenden Pegel von 40 V anhebt bzw. hochtransformiert, um auf 'diese Weise der Stromsteuerschaltung 100 den erwünschten Strom zuzuführen.

In dem Spannungswandler 500 wird der Feldeffekttransistor 508 mittels des Oszillators 520 und der Treiberschaltung 522 ein- und ausgeschaltet. Wenn der Feldeffekttransistor 508 eingeschaltet ist, wird aus der Batterie V_R der Primärwicklung 504 des Transformators 502 Strom zugeführt, wodurch dem Transformator 502 induktive Energie

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zugeführt wird. Wenn der Feldeffekttransistor 508 ausgeschaltet wird, wird die in dem Transformator 502 gespeicherte induktive Energie aus der Sekundärwicklung 506 zum Laden des Kondensators 514 abgegeben. Auf das wiederholte Ein- und Ausschalten des Feldeffekttransistors 508 hin nimmt die Anschlußspannung V. des Kondensators 514 zu und liefert einen erwünschten Strom an die Stromsteuerschaltung 100. Der' Maximalwert der an die Stromsteuerschaltung 100 angelegten Spannung V.

wird durch die Wahl der an den Positiveingang des Vergleichers 516 angelegten Zenerdioden-Bezugsspannung V_RFF sowie durch das UND-Glied 518 gesteuert. Die Zenerdiode 510 ist zum Schutz des.Feldeffekttransistors gegen Überspannungen vorgesehen.

Das Einfügen des Gleichspannungswandlers 500 ist vorteilhaft, da es wegen der Anhebung der Spannung beim Anlassen selbst beim Abfallen der Spannung der Batterie V , bei dem ein Spannungsabfall von 12V auf 6V nicht ungewöhnlich ist, eine Verringerung der Abmessungen der Zündtransformatoren erlaubt. Auf diese Weise gewährleistet der
Gleichspannungswandler 500 eine ausreichende Zündkerzenspannung selbst unter Kaltwetter-Startbedingungen, bei welchen normalerweise die Spannung der Batterie V_n absinkt. Ferner ermöglicht es die Verwendung des Gleichspannungswandlers 500, einen MOS-Leistungs-Feldeffekttransistor mit geringer Strombelastungsfähigkeit zu wählen.

Durch das Einfügen des Gleichspannungsw.andlers 500 werden auch weitere Vorteile erzielt. Beispielsweise ist bei der Entladung an der Zündkerze eine sehr hohe Spitzenleistung erforderlich. Die mittlere bzw. Durchschnittsleistung ist jedoch verhältnismäßig gering (Tastverhältnis 20 %). Da der Spitzenstrom aus dem.Kondensator 514 kommt,

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entspricht der Eingangsstrom des Gleichspannungswandlers 500 der mittleren Leistung und ist damit niedriger als der Spitzenstrom. Daher ist es nicht erforderlich, zwischen der Batterie und dem Eingang des Gleichspannungswandlers 500 ein schweres Batteriekabel mit niedrigem Widerstand zu verwenden, da bei dem niedrigen mittleren Strom kein hoher Spannungsabfall auftritt.

Ferner ist in Betracht zu ziehen, daß die Maximalleistung des Gleichspannungswandlers 500 (in der Form der Rücklauf- bzw. Ausschwingschaltung oder des Sperrwandlers) gewöhnlich vorbestimmt ist, so daß daher auch bei der Abgabe eines außerordentlich starken Stroms an dem Ausgang die Ausgangsspannung dementsprechend verringert wird. Daher wird durch die Verwendung des Gleichspannungswandlers 500 in Verbindung mit der Stromsteuerschaltung 100 eine verstärkte bzw. verbesserte Zusammenwirkung in dem Sinne erreicht, daß der Zündstrom innerhalb des Optimalbereichs gehalten wird.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Generator schaltung ergibt sich insbesondere du,rch die Verbindung der Stromsteuerschaltung 100 und der Schaltstufe 200 dadurch, daß der Strom gesteuert wird, ohne daß zum Begrenzen des Stroms Widerstände oder Halbleitervorrichtungen verwendet werden, an denen Verluste hervorgerufen werden. Während'an diesen Elementen unerwünschte Verluste entstehen würden, treten bei der erfindungsgemäßen Anwendung des Transformators 102 in der Generatorschaltung theoretisch keine Verluste auf, während in der Praxis nur vernachlässigbar geringe Verluste in dem Eisenkern * des Transformators und in dem Schalt-Feldeffekttransistor 202 auftreten.

Es ist offensichtlich, daß in Anbetracht der vorstehend

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gegebenen Lehren zahlreiche Abwandlungen und Änderungen der Generatorschaltung möglich sind. Beispielsweise ist bei der vorstehenden Beschreibung der er f i ndungngomrißen Generatorschaltung eine 4-Zylindermaschine vorausgesetzt, das Prinzip der Generatorschaltung aber leicht bei 6- oder 8-Zylindermaschinen anwendbar.

Es wird eine Hochspannungs-Generatorschaltung für ein Kraftfahrzeugzündsystem angegeben, bei der in Reihe zwischen eine Kraftfahrzeugbatterie und einen gesteuerten Hochfrequenzschalter eine Stromsteuerschaltung eingefügt ist, um über Elektroden von Zündkerzen einer Brennkraftmaschine einen linear ansteigenden Hochfrequenz-Zündstrom zu erzeugen, damit eine Anpassung an Verschiebungen einer Zündfunken-Haltespannung erfolgt, die durch Änderungen der Betriebszustände hervorgerufen werden könnten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird in Reihe zwischen die Batterie und die Stromsteuerschaltung ein Gleichspannungswandler für das Aufwärtstransformieren der an die Stromsteuerschaltung anliegenden Spannung eingefügt.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   / 1.7 Hochspannungs-Generatorschaltung für ein Kraftfahrzeug-Zündsystem mit mindestens einer Zündkerze, gekennzeichnet durch eine Stromquelle (Vi; V₀, 500), eine

   an die Stromquelle angeschlossene Stromsteuerschaltung (100) zum Erzeugen eines linear ansteigenden Stromsignals, eine an die Stromsteuerschaltung angeschlossene gesteuerte Hochfrequenz-Schalteinrichtung (200) zum Einleiten des Erzeugens des linear ansteigenden Stromsignals, die ein Ausgangssignal in der Form einer Hochfrequenz-Spannung bei linear ansteigendem Hochfrequenz-Strom hat, eine an die Zündkerze anschließbare und an den Ausgang der Schalteinrichtung angeschlossene Zündtransformatoreinrichtung (300) zum Aufwärtstransformieren der von der Schalteinrichtung zugeführten Hochfrequenz-Spannung für das Anlegen an die Zündkerze in der Weise, daß die Überschlagspannung der Zündkerze überschritten wird und über die Elektroden der Zündkerze ein linear ansteigender Strom fließt, und eine an die Schalteinrichtung und die Zündtransformatoreinrichtung angeschlossene Zündwinkelsteuereinrichtung zum Steuern der Zeit der Erzeugung

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   des linear ansteigenden Hochfrequenz-Stroms über die Elektroden der Zündkerze.
2. 2. Generatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuerschaltung (100) einen Transformator (102) mit einer Primärwicklung (104) und einer Sekundärwicklung (106), wobei jeweils ein Anschluß der Primärwicklung und der Sekundärwicklung gemeinsam an die Stromquelle (Vi; V_n, 500) angeschlossen sind,

   eine erste Diode (108), deren Anode an den zweiten Anschluß der Primärwicklung angeschlossen ist und deren Kathode an die Schalteinrichtung (200) angeschlossen ist, und eine zweite Diode (110) aufweist, die in Reihe zwischen Masse und den zweiten Anschluß der Sekundärwicklung geschaltet ist.
3. 3. Generatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (200) einen Leistungsschalter (202) mit einem an die Stromsteuerschaltung (100) angeschlossenen Eingang, einem ^an die Zündtransformatoreinrichtung (300) angeschlossenen Ausgang und einem Steuereingang, einen Transformator (212) mit einer Primärwicklung (216) und einer an den Steuereingang des Leistungsschalters angeschlossenen Sekundär Wicklung (214), eine an die Primärwicklung des Transformators angeschlossene Treiberschaltung (218) und einen getasteten Oszillator (220) mit einem an die Treiberschaltung angeschlossenen Ausgang und einem an die Zündwinkelsteuerschaltung (400) angeschlossenen Eingang aufweist, wobei das Anlegen eines Signals aus der Zündwinkelsteuerschaltung an den Eingang des Oszillators das Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters hervorruft.
4. 4. Generatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (202) der Schalt-

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   einrichtung (200) ein Leistungs-Feldeffekttransistor mit einer an die Stromsteuerschaltung (100) angeschlossenen Source, einem an die Zündtransformatoreinrichtung (300) angeschlossenen Drain und einem Gate ist, wobei die Sekundärwicklung (214) des Transformators (212) der Schalteinrichtung zwischen das Gate und den Drain . geschaltet ist.
5. 5. Generatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die für die Verwendung in einem Kraftfahrzeugzündsystem mit mehreren Zündkerzen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündtransformatoreinrichtung (300) mehrere Zündtransformatoren (302) mit jeweils einer Primärwicklung, deren ein Anschluß an die Schalteinrichtung (200) angeschlossen ist, und einer Sekundärwicklung, die mit einem Anschluß an eine jeweilige Zündkerze anschließbar ist und mit dem anderen Anschluß mit Masse verbunden ist, und mehrere, jeweils an den anderen Anschluß der Primärwicklung eines entsprechenden Zündtransformators angeschlossene Zündungswahl-Schaltstufen (304, 306) aufweist, die jeweils mit einem Eingang an die Zündwinkelsteuerschaltung (400) angeschlossen sind, welche für das Zünden eine bestimmte Zündkerze durch Anlegen eines Zündsignals an die entsprechende Schaltstufe wählt.

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6. 6. Generatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch' gekennzeichnet, daß die Stromquelle (V_, 500) einen Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler (500) mit einem an eine Kraftfahrzeugbatterie (V_ß) anschließbaren Eingang und einem an die Stromste.uerschaltung (100) angeschlossenen Ausgang aufweist, wobei der Wandler die Spannung der Kraftfahrzeugbatterie aufwärts transformiert und diese aufwärts transformierte Spannung an die Stromsteuerschaltung anlegt.

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