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Dokumentenidentifikation DE3805594C2 02.09.1993
Titel Elektronische Zündvorrichtung für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen
Anmelder Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Fujino, Yasunori, Hiroshima, JP;
Sugiura, Noboru, Mito, JP;
Kobayashi, Ryoichi, Ibaraki, JP
Vertreter Beetz, R., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., 80538 München; Timpe, W., Dr.-Ing.; Siegfried, J., Dipl.-Ing.; Schmitt-Fumian, W., Prof. Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Mayr, C., Dipl.-Phys.Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 23.02.1988
DE-Aktenzeichen 3805594
Offenlegungstag 01.09.1988
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.09.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.09.1993
IPC-Hauptklasse F02P 3/05

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung vom elektronischen Verteilertyp für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen.

Zündvorrichtungen für Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt. JP 60-2 09 667-A1 ist eine elektronische Zündvorrichtung zu entnehmen, bei der eine Gegenkopplungsschaltung mit einer Stromerfassungseinrichtung zur Steuerung des Stroms in einer Schalteinrichtung herangezogen wird, welche die Unterbrechung des Primärstroms einer Zündspule steuert. Für die Anwendung dieses Zündvorrichtungstyps für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen wurde empfohlen, einen Teil der Vorrichtung gemeinsam zu verwenden, um so eine mehrfache Ausbildung der Einzelsysteme zu vermeiden und die resultierenden Gestehungskosten zu senken. Bei herkömmlichen Zündvorrichtungen für Zweizylinder-Brennkraftmaschinen wurden ein der Stromerfassung dienender Widerstand sowie eine Rückführungsschaltung o. dgl. zur Steuerung des Stroms von zwei Schalttransistoren herangezogen.

Aus US 43 78 779 ist ein Zündsystem für Brennkraftmaschinen bekannt geworden, bei dem ebenfalls der Vorschlag gemacht wird, allen Zündschaltungen eine gemeinsame Strombegrenzungsschaltung zuzuordnen.

Aus dieser Druckschrift ist eine Zündvorrichtung für Vier- bzw. Achtzylinder-Brennkraftmaschinen bekannt, die vier Leistungstransistoren zur Steuerung des Primärstroms der Zündspule aufweist, wobei die vier Leistungstransistoren mit einer gemeinsamen Stromerfassungsschaltung und einer gemeinsamen Rückführungsschaltung versehen sind.

Bei den obenerwähnten herkömmlichen Zündvorrichtungen tritt allerdings das große Problem auf, daß eine Steuerung sämtlicher Schalteinrichtungen unmöglich wird, wenn eine gegebene Schalteinrichtung etwa durch Kurzschluß o. dgl. beschädigt ist, da ein einziger Stromerfassungswiderstand und eine einzige Rückführungsschaltung vorgesehen sind, die gemeinsam für alle Schalteinrichtungen verwendet werden, so daß der Ausfall einer Schalteinrichtung zum Ausfall der Zündung aller Zylinder und damit zum Ausfall der Brennkraftmaschine führt.

Bei dem aus EP 71 910 A3 bekannten Zündsystem ist für jede Zündschaltung, die ein Leistungsschaltelement und eine Zündspule umfaßt, eine eigene Strombegrenzungsschaltung vorgesehen, wie die Fig. 2(B) und 3(B) dieser Druckschrift unmittelbar zeigen.

Der in Fig. 1 dieser Druckschrift dargestellte Stand der Technik bezieht sich auf ein Zündsystem, bei dem ebenfalls jedem Leistungsschaltelement eine Strombegrenzungsschaltung zugeordnet ist. Hierdurch resultiert ein sehr aufwendiger konstruktiver Aufbau des Zündsystems, da so viele Strombegrenzungsschaltungen vorgesehen sind, wie Leistungsschaltelemente bzw. Zündschaltungen vorliegen.

Die Publikation "Elektronischer Zündsysteme mit mechanischer und ruhender Hochspannungsverteilung" in "Motortechnische Zeitschrift" 1985, Seiten 95 bis 98, gibt lediglich die sehr allgemeine Lehre, elektronische Zündsysteme mit mechanischer bzw. ruhender Hochspannungsverteilung gegen Ausfall zu schützen, wobei jedoch keine konkrete schaltungstechnische Lösung hierfür angegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung vom elektronischen Verteilertyp für Mehrzylinder- Brennkraftmaschinen anzugeben, die eine so hohe Ausfallsicherheit aufweist, daß eine Beschädigung einer Schalteinrichtung etwa durch Kurzschluß nicht zum Funktionsausfall sämtlicher anderen Schalteinrichtungen führt.

Die Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungskonzeption.

Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung vom elektronischen Verteilertyp für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen umfaßt mehrere Zündschaltungen, die jeweils eine Zündspule und ein Leistungsschaltelement aufweisen, das den Primärstrom der zugehörigen Zündspule schaltet, und mindestens zwei Strombegrenzungsschaltungen, die den durch die Leistungsschaltelemente der Zündschaltungen fließenden Primärstrom begrenzen; sie ist dadurch gekennzeichnet, daß

  • - eine Zündschaltung für jeden Zylinder oder für zwei Zylinder gemeinsam vorgesehen ist und
  • - jede Strombegrenzungschaltung mindestens zwei Zündschaltungen zugeordnet ist.


Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung zeichnet sich durch hohe Ausfallsicherheit aus, da etwa bei Beschädigung einer Leistungsschalteinrichtung, z. B. durch Kurzschluß, lediglich das der beschädigten Leistungsschalteinrichtung zugeordnete Zündsystem ausfällt, während die anderen Zündsysteme in Betrieb bleiben, so daß der Zündbetrieb für die übrigen Zylinder der Brennkraftmaschine weitergeht und somit ein Ausfall der Brennkraftmaschine selbst verhindert wird.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1: Ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung;

Fig. 2: Signaldiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Zündvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3: ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung;

Fig. 4: eine teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht des Aufbaus eines Leistungsmoduls der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung von Fig. 3 sowie

Fig. 5: ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Zündvorrichtung vom elektronischen Verteilertyp ist für einen Sechszylinder-Reihenmotor vorgesehen. Die Zylinder weisen Zündkerzen 10 bis 15 auf, die jeweils für einen Zylinder vorgesehen sind; die Zündkerze 10 gehört hierbei zum ersten Zylinder, die Zündkerze 11 zum sechsten Zylinder, die Zündkerze 12 zum fünften Zylinder, die Zündkerze 13 zum zweiten Zylinder, die Zündkerze 14 zum dritten Zylinder und die Zündkerze 15 zum vierten Zylinder, wobei diese Reihenfolge beispielsweise der Zündfolge 1, 5, 3, 6, 2, 4 entspricht.

Die sechs Zündkerzen 10 bis 15 sind mit jeweils zugehörigen Zündspulen 4 bis 9 verbunden, deren Primärwicklungen mit Leistungstransistoren 20 bis 25 in Reihe geschaltet sind. Die Leistungstransistoren 20 bis 25 unterbrechen den Primärstrom der Zündspulen 4 bis 9 und erzeugen so eine Hochspannung in den Sekundärwicklungen der Zündspulen zur Betätigung der Zündkerzen. Die Zündschaltung besteht entsprechend aus den Zündspulen 4 bis 9 und den Leistungstransistoren 20 bis 25.

Diese Zündschaltung ist, wie aus den Zeichnungen hervorgeht, in drei Zündsysteme unterteilt, die jeweils zwei Zündschaltungseinheiten aufweisen. Bei der dargestellten Ausführungsform bilden eine Zündschaltungseinheit mit der Zündspule 4 und dem Leistungstransistor 20 sowie eine Zündschaltungseinheit mit der Zündspule 5 und dem Leistungstransistor 21 eine erste Zündeinheit, eine Zündschaltungseinheit mit der Zündspule 6 und dem Leistungstransistor 22 und eine Zündschaltungseinheit mit der Zündspule 7 und dem Leistungstransistor 23 eine zweite Zündeinheit und eine Zündschaltungseinheit mit der Zündspule 8 und dem Leistungstransistor 24 und eine Zündschaltungseinheit mit der Zündspule 9 und dem Leistungstransistor 25 eine dritte Zündeinheit. Diese drei Zündeinheiten sind über Sicherungen 100, 101 bzw. 102 sowie über den Zündschalter 2 mit der Batterie 1 des Fahrzeugs als Stromquelle verbunden.

Die Batterie 1 ist andererseits über den Zündschalter 2mit dem Stromversorgungsanschluß eines Mikrocomputers 3 verbunden. Der Mikrocomputer 3 empfängt die Ausgangssignale verschiedener Sensoren, die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erfassen; hierzu gehören die Drehzahl (RPM), die Kühlwassertemperatur (TW), die Batteriespannung (VB) sowie der Drosselklappenöffnungsgrad (OT). Der Mikrocomputer 3 steuert aufgrund dieser Ausgangssignale die Zündschaltung so an, daß optimale Zündzeitpunkte für die vorliegenden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erzielt werden. Die Ausgänge des Mikrocomputers 3 liegen an einem Leistungsschaltungsmodul 16, der die sechs Leistungstransistoren 20 bis 25 enthält. Im einzelnen liefert der Mikrocomputer 3 Steuersignale zum Basisanschluß jedes der sechs Leistungstransistoren 20 bis 25 und steuert so den EIN/AUS-Betrieb der Leistungstransistoren 20 bis 25.

Der Leistungsschaltungsmodul 16 ist ebenfalls in die entsprechenden Zündsysteme unterteilt, so daß die drei Paare von Leistungstransistoren 20, 21; 22, 23 und 24, 25 entsprechend drei Zündsystemen zugeordnet sind. Jede dieser Zündeinheiten besitzt eine gemeinsame Strombegrenzungsschaltung. So ist beispielsweise für die beiden Leistungstransistoren 20, 21 des ersten Zündsystems eine gemeinsame Strombegrenzungsschaltung 17 vorgesehen. Die Strombegrenzungsschaltung 17 umfaßt einen einzigen Stromerfassungswiderstand 17a, der zwischen die Emitter der Leistungstransistoren 20, 21 und Erde eingeschaltet ist, Spannungsteilerwiderstände 17b, 17c, die parallel zum Stromerfassungswiderstand 17a geschaltet sind, einen Stromsteuertransistor 17d, dessen Basis mit dem Neutralpunkt der Treiberwiderstände verbunden und dessen Emitter geerdet ist, sowie Dioden 17e, 17f, die in Vorwärtsrichtung zwischen den Kollektor des Stromsteuertransistors 17d und die Basis der beiden Leistungstransistoren 20, 21 geschaltet sind. Die beiden Leistungstransistoren 22, 23, die dem zweiten Zündsystem zugehören, sind ebenfalls mit einer gemeinsamen Strombegrenzungsschaltung 18 versehen, während die anderen beiden Leistungstransistoren 24, 25 dem dritten Zündsystem mit einer gemeinsamen Strombegrenzungsschaltungen sind ebenfalls im Leistungsschaltungsmodul 16 integriert.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der oben erläuterten Zündvorrichtung näher erläutert. Die in Fig. 2 dargestellten Signaldiagramme a bis f entsprechen den Basissignalen, die vom Mikrocomputer 3 an die entsprechenden Leistungstransistoren 20 bis 25 angelegt werden. Im einzelnen zeigen das Signaldiagramm a das Basisignal des Leistungstransistors 20 zur Steuerung der Zündung des ersten Zylinders, das Signaldiagramm b das Basissignal des Leistungstransistors 22 für den fünften Zylinder, das Signaldiagramm c das Basisignal des Leistungstransistors 24 für den dritten Zylinder, das Signaldiagramm d das Basissignal des Leistungstransistors 21 für den sechsten Zylinder, das Signaldiagramm e das Basissignal des Leistungstransistors 23 für den zweiten Zylinder und das Signaldiagramm f das Basissignal des Leistungstransistors 25 für den vierten Zylinder. Der Mikrocomputer 3 erzeugt entsprechend für jeden Zylinder ein Zündsteuersignal (Basissignal), ohne daß sich die betreffenden Zündsteuersignale überlappen.

Die Strombegrenzungsschaltungen 17, 18 und 19 besitzen jeweils gleiche Schaltungskonfiguration und gleiche Funktion, so daß lediglich die Strombegrenzungsschaltung 17 im folgenden beispielhaft erläutert wird. Der Stromerfassungswiderstand 17a der Strombegrenzungsschaltung 17ist mit den Emittern der Leistungstransistoren 20 und 21 verbunden und erfaßt den darin fließenden Strom. Wenn im einzelnen ein Strom im Stromerfassungswiderstand 17a zu fließen beginnt, tritt eine dazu proportionale Spannung am Stromerfassungswiderstand 17a auf. Diese Spannungssignal wird durch die Spannungsteilerwiderstände 17b, 17c geteilt und liegt an der Basis des Stromsteuertransistors 17d an, der der Strombegrenzung dient. Wenn der im Leistungstransistor 20 oder 21 fließende Strom, d. h. der Primärstrom der Zündspule 4 oder 5, einen vorgegebenen Wert erreicht, wird der Stromsteuertransistor 17d leitend. Als Ergebnis davon wird das an der Basis des Leistungstransistors 20 oder 21 anliegende Zündsteuersignal durch die in Vorwärtsrichtung angeschlossene Diode 17e oder 17f zur Erde abgeführt, und der Stromsteuertransistor 17d ist leitend, wie oben erwähnt. Auf diese Weise wird das Zündsteuersignal des Leistungstransistors 20 oder 21 gesteuert, um so den Maximalwert des Primärstroms der Zündspule auf einen vorgegebenen Pegel einzustellen. Die Signalform des Primärstroms der so gesteuerten Zündspule 4 ist in Fig. 2 im Signaldiagramm g dargestellt. Das Signaldiagramm h von Fig. 2 zeigt schließlich die Art der Hochspannungserzeugung zur Auslösung des Zündfunkens der Zündkerze 10, die sich im ersten Zylinder befindet, d. h. der Sekundärspannung der Zündspule 4. Im einzelnen wird gleichzeitig mit dem Abschalten des Primärstroms der Zündspule 4, wie aus Fig. 2, Signaldiagramm g hervorgeht, durch die dann in der Primärwicklung der Zündspule 4 gespeicherte Energie ein Hochspannungs-Zündsignal erzeugt.

Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, umfaßt die erfindungsgemäße Zündvorrichtung mehrere Zündschaltungen, die jeweils eine Zündspule und einen Leistungstransistor aufweisen, die jeweils auf mehrere Zündsysteme aufgeteilt sind, im vorliegenden Fall sechs Zündschaltungen, die in drei Zündsysteme aufgeteilt und integriert sind. Als Konsequenz davon fällt, falls aus irgendeinem Grund einer der Leistungstransistoren, etwa durch Kurzschluß, beschädigt wird, lediglich das Zündsystem aus, dem der betreffende Leistungstransistor zugeordnet ist, während die übrigen Zündsysteme normal weiterarbeiten, wodurch insgesamt die Ausfallsicherheit der Zündvorrichtung gegenüber dem Stand der Technik signifikant verbessert ist. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß bei der in Fig. 1 dargestellten Zündvorrichtung der Leistungstransistor 20 durch Kurzschluß aus irgendeinem Grund beschädigt ist, wobei allgemein gilt, daß eine Beschädigung eines Transistors in seinem Übergangsbereich erfolgt und zum Kurzschluß führt, fließt ein konstanter Strom im Stromerfassungswiderstand 17a, und der Stromsteuertransistor 17d, der zur Strombegrenzung dient, bleibt betätigt. Das an der Basis des anderen Leistungstransistors 21 des gleichen Zündsystems anliegende Basissignal, d. h. das betreffende Zündsteuersignal, wird durch den so eingeschaltet bleibenden Stromsteuertransistor 17d an Erde gelegt, so daß der Leistungstransistor 21 ausgeschaltet bleibt. Aus diesem Grund fließt keine Primärstrom in der Zündspule 5, wodurch die Zündkerze 11 (die im vorliegenden Beispiel dem sechsten Zylinder zugeordnet ist) nicht zündet.

Wenn die oben erläuterte Strombegrenzungsschaltung für sämtliche Zylinder (im vorliegenden Beispiel sämtliche sechs Zylinder) gemeinsam wäre, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, würde eine Beschädigung durch Kurzschluß eines Leistungstransistors, wie oben erläutert, zum Zündausfall bei sämtlichen Zylindern führen, also zum Ausfall der Brennkraftmaschine. Eine Beschädigung eines Leistungstransistors durch Kurzschluß, wie oben erwähnt, würde also bei einem mit einer herkömmlichen Zündvorrichtung ausgerüsteten Kraftfahrzeug zum Gesamtausfall der Zündvorichtung und damit zum Ausfall des Fahrzeugs führen.

Im Gegensatz dazu fallen bei der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung, die Zündschaltungen mit Zündspulen und Leistungstransistoren sowie mehrere mit ihnen integrierte Zündsysteme aufweist, die jeweils eine Strombegrenzungsschaltung aufweisen und für mehrere Zündschaltungen gemeinsam vorgesehen sind, bei Beschädigung eines Leistungstransistors, im vorliegenden Beispiel des Leistungstransistors 20, durch Kurzschluß die Zündspulen 4 und 5 aus, welche die Zündkerzen 10 bzw. 11 betätigen, die sich im ersten bzw. sechsten Zylinder befinden, wobei die Zündspulen 6, 7, die dem fünften bzw. sechsten Zylinder zugeordnet sind, und die Zündspulen 8, 9, die dem dritten bzw. vierten Zylinder zugeordnet sind, und die Leistungstransistoren 22 bis 25, die den Primärstrom dieser Zündspulen steuern, normal weiterarbeiten. Vier der sechs Zylinder der Brennkraftmaschine werden so normal weitergezündet, so daß die Brennkraftmaschine nicht stehenbleibt und ein entsprechendes Fahrzeug folglich zumindest im Notlaufbetrieb die nächste Servicestation oder Reparaturwerkstatt erreichen kann.

Gemäß der oben erläuterten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung, bei der erste, fünfte, dritte, sechste, zweite bzw. vierte Zylinder entsprechend der Zündfolge drei Zündsystemen mit jeweils zwei Zylindern zugeordnet sind, nämlich Zylinderpaaren aus dem ersten und sechsten, fünften und zweiten sowie dritten und vierten Zylinder, kann entsprechend bei Beschädigung eines Leistungstransistors eines der Zündsysteme durch Kurzschluß und entsprechenden Ausfall die Brennkraftmaschine weiter in weichem, ausgeglichenem Betrieb gehalten werden. Die in Fig. 1 enthaltenen Zündsysteme weisen Sicherungen 100, 101 bzw. 102 auf, die so ausgelegt sind, daß sie bei Beschädigung und Ausfall eines Leistungstransistors durch Kurzschluß durchbrennen. Das Zündsystem, in dem sich der durch Kurzschluß beschädigte Leistungstransistor befindet, wird dadurch von der Stromversorgung getrennt, wodurch der Energieverbrauch verringert und die Batterie geschont wird.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindunsgemäßen Zündvorrichtung dargestellt, die sich ebenfalls auf einen Sechszylindermotor bezieht. Die Zündschaltung ist in drei Zündsysteme unterteilt, in denen MOSFETs als Leistungstransistoren 20&min; bis 25&min; als Leistungsschaltelemente vorgesehen sind. Im einzelnen umfaßt das erste Zündsystem Zündspulen 4, 8 und 7 zur Zündung der Zündkerze 10 des ersten Zylinders, der Zündkerze 14 des dritten Zylinders bzw. der Zündkerze 13 des zweiten Zylinders, und die als MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren 20&min;, 24&min; und 23&min;. Das zweite Zündsystem umfaßt die Zündspulen 6, 5 und 9 zur Versorgung der Zündkerze 12 des fünften Zylinders, der Zündkerze 11 des sechsten Zylinders bzw. der Zündkerze 15 des vierten Zylinders sowie die als MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren 22&min;, 21&min; und 25&min;, die in Serie mit den betreffenden Zündspulen geschaltet sind. Bei dieser Schaltungskonfiguration werden der erste, fünfte, dritte, sechste, zweite bzw. vierte Zylinder entsprechend der gleichen Zündfolge wie bei Fig. 1 gezündet. Wie aus der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung ersichtlich ist, sind die Zündschaltungen des ersten und des zweiten Zündsystems sequentiell in der Reihenfolge der Zündfolge verteilt, so daß auch dann, wenn eines der Zündsysteme durch Beschädigung eines Leistungstransistors durch Kurzschluß ausfallen sollte, die anderen Systeme (d. h. drei Zylinder) normal weiter in Betrieb bleiben, wodurch, wie im Fall der Ausführungsform von Fig. 1, der betreffende Motor weich und unter ausgeglichenen Betriebsbedingungen weiterläuft.

Die Strombegrenzungsschaltungen 170 und 180, die in den Zündsystemen vorgesehen sind, weisen im wesentlichen die gleiche Funktion wie die in Fig. 1 dargestellten Zündsysteme auf. So umfaßt die Strombegrenzungsschaltung 170 beispielsweise einen Stromerfassungswiderstand 17a, Spannungsteilerwiderstände 170b und 170c, einen Stromsteuertransistor 170d sowie drei in Vorwärtsrichtung angeschlossene Dioden 170e, 170f und 170g, die mit den Sourceanschlüssen der drei als MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren 20&min;, 24&min; und 23&min; verbunden sind.

Ein als MOSFET ausgebildeter Leistungstransistor stellt inhärenterweise eine Spannungssteuervorrichtung dar, da der Drainstrom (Sourcestrom) eines solchen Transistors durch Anlegen einer konstanten Spannung an sein Gate steuerbar ist. Im Strombereich von 4 bis 6 A, wie er für Zündsysteme angewandt wird, ist allerdings zum einen die Gatespannung schwierig zu steuern, und andererseits treten durch Änderungen in den MOSFET-Leistungstransistoren instabile Peakwerte des Drainstroms (Sourcestroms) auf. Deshalb unterliegt die Steuerung des Peakwerts des Drainstroms (Sourcestroms) durch Steuerung der Gatespannung einer gewissen Begrenzung. Daher erfolgt bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung die Steuerung der Gatespannung über die Sättigungsspannung VCE(sat) des Stromsteuertransistors 170d bzw. 180d. Wenn Sourcestrom eines Leistungs-MOSFETs, wie etwa des Leistungstransistors 20&min;, einen vorgegebenen Wert erreicht, wird der Stromsteuertransistor 170d leitend und steuert die Gatespannung so, daß der Sourcestrom konstantgehalten wird. Als Ergebnis davon ist die Regelgenauigkeit bei der Strombegrenzung im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren der Konstanthaltung der Gatespannung erheblich verbessert. Die übrigen Komponenten der in Fig. 3 dargestellten Schaltung entsprechen identisch denen der Schaltung von Fig. 1.

Bei der Ausführungsform von Fig. 3 bleiben auch bei Kurzschluß und Beschädigung einer der Leistungsschalteinrichtungen die übrigen Zündsysteme und damit die Brennkraftmaschine weiter in Betrieb. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, bei der in einem solchen Fall die Brennkraftmaschinenleistung auf zwei Drittel verringert wird, wird allerdings bei der Zündvorrichtung von Fig. 3 die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine halbiert, da die Zündvorrichtung in zwei anstatt, wie im Fall von Fig. 1, in drei Zündsysteme unterteilt ist. Trotz dieses Nachteils hat die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform den großen Vorteil einer hohen Wirtschaftlichkeit und niedrigerer Gestehungskosten, da sie lediglich zwei Strombegrenzungsschaltungen und Sicherungen umfaßt.

Fig. 4 zeigt die Konfiguration einer aus MOSFETs aufgebauten Leistungsschalteinrichtung, die auf einem einzigen Siliciumchip aufgebaut ist, im Querschnitt. Die einzelnen Vorrichtungen sind dabei auf einem Substrat vom P-Typ ausgebildet. Die Vorrichtung umfaßt eine Metallisierungsschicht 200 zum Verlöten oder anderweitigen Verbinden mit einem Kühlblech u. dgl., eine Schicht 201 vom P-Typ, die mit dem negativsten Potential (Erde) verbunden ist, eine Isolierschicht 202 aus Siliciumoxid sowie eine aufgedampfte Aluminiumelektrode 203. Die Vorrichtung umfaßt einen MOSFET 204 bis 206 mit Drainelektrode 204, Gateelektrode 205 und Sourceelektrode 206 sowie einen MOSFET 215 bis 217 mit Sourceelektrode 215, Gateelektrode 216 und Drainelektrode 217. Ferner ist ein Widerstand 207 bis 209 dargestellt, der durch Diffusion in der P&spplus;-Schicht zwischen den Elektroden 208 und 209 erzeugt ist, wobei die Elektrode 207 mit dem positivsten Potential (Plusanschluß der Batterie) verbunden ist. Die Anschlüsse 210 und 211 gehören andererseits zu einer Diode mit PN-Übergang, wobei ferner ein Stromsteuertransistor 212 bis 214 mit Basis 212, Emitter 213 und Kollektor 214 vorgesehen ist. Auf die in Fig. 4 schematisch dargestellte Weise läßt sich eine Vielzahl von Leistungs-MOSFETs und den entsprechenden, zugeordneten Bauelementen auf einem einzigen Siliciumchip unterbringen, wobei durch Verwendung von Siliciumschichten vom N-Typ und vom P-Typ auch die Strombegrenzungsschaltungen auf einem einzigen Chip vorgesehen werden können. Entsprechende Vorrichtungen können kollektiv durch Aufdampfen von Aluminium zwischen den Kontaktstellen miteinander verbunden werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Verbindungen im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren unter Verlöten oder durch Wirebonding erheblich verbessert werden kann. Ferner führt diese Konzeption auch zu einer Verringerung der Anzahl der Schaltungsteile, so daß entsprechende Leistungsschalter verringerten Platzbedarf aufweisen, wodurch wiederum preiswerte Zündsysteme mit günstiger Montierbarkeit und geringem Montage- bzw. Produktionszeitbedarf zugänglich sind.

Die Leistungsschaltvorrichtungen können anstelle der MOSFETs auch übliche Leistungstransistoren aufweisen. Nach Art von Fig. 4 aufgebaute Leistungsschalter können nicht nur bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung eingesetzt werden, sondern eignen sich auch für Zündvorrichtungen vom elektronischen Verteilertyp und Zündsysteme mit simultaner Zündung des Typs von Fig. 3. Auf diese Weise ist die Zuverlässigkeit der Verbindungen erheblich verbessert, wobei gleichzeitig eine erhebliche Größenverringerung der Leistungsschaltungseinrichtungen erzielt wird.

Bei den oben erläuterten Ausführungsformen sind die jeweiligen Zündsysteme, die mehrere Leistungsschalter sowie eine Strombegrenzungsschaltung aufweisen, auf einem einzigen Halbleitersubstrat ausgebildet. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise die Leistungstransistoren 20, 21 sowie die Strombegrenzungsschaltung 17 in Form eines Zündsystems auf einem einzigen Halbleitersubstrat ausgebildet, während die Leistungstransistoren 22, 23 und die Strombegrenzungsschaltung 18 als weiteres System auf einem weiteren Halbleitersubstrat erzeugt sind, und auch die Leistungstransistoren 24, 25 und die entsprechende Strombegrenzungsschaltung 19 ein weiteres System darstellen, das auf einem weiteren Halbleitersubstrat erzeugt ist, wobei diese Systeme den Leitungsschaltermodul 16 aufbauen. Im einzelnen besitzt jedes der drei Halbleitersubstrate zwei Leistungsschalteinrichtungen sowie eine Strombegrenzungsschaltung, die darauf ausgebildet sind, wobei drei derartige Anordnungen zur Steuerung der Zündung beispielsweise einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine herangezogen werden.

Bei der Ausführungsform von Fig. 3 bilden andererseits drei Leistungs-MOSFETs und eine Strombegrenzungsschaltung jeweils ein Zündsystem, wobei zwei Halbleitersubstrate zum Aufbau eines entsprechenden Leistungsschaltermoduls herangezogen werden.

Wie oben erläutert, werden die verschiedenen Zündsysteme auf verschiedenen Halbleitersubstraten ausgebildet, um dadurch sicherzustellen, daß selbst bei Beschädigung der Leistungsschalteinrichtung eines gegebenen Zündsystems durch Kurzschluß die anderen Zündsysteme intakt bleiben, wodurch Betriebssicherheit und genauer Zündbetrieb der übrigen Zündsysteme sichergestellt sind. Wenn ein Zündsystem aus zwei Leistungstransistoren und einer zugeordneten Strombegrenzungsschaltung aufgebaut ist, wie im Beispiel von Fig. 1, lassen sich zwei derartige Anordnungen leicht für Vierzylinder-Brennkraftmaschinen verwenden; für Achtzylinder-Brennkraftmaschinen werden entsprechend vier derartige Anordnungen herangezogen. Die Zündschaltung der Ausführungsform von Fig. 3 kann entsprechend mit nur einer Strombegrenzungsschaltung für jeweils drei Leistungsschalteinrichtungen konzipiert werden, wodurch der besondere Vorteil niederer Gestehungskosten erzielt wird. Wenn MOSFETs als Leistungstransistoren verwendet werden, die auf den Halbleitersubstraten ausgebildet sind, kann insbesondere ein vergleichsweise geringer Leistungsbedarf bei zugleich erhöhter Integrationsdichte erzielt werden, weshalb sich entsprechende Schaltungen besonders für kompakte Zündsysteme eignen.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung in der Anwendung auf Zündsysteme mit Simultanzündung für eine Achtzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt. In Fig. 5 sind für gleiche Bauteile gleiche Bezugszahlen verwendet wie bei Fig. 1. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die Sekundärwicklungen der Zündspulen 401, 402, 403, 404 mit den Zündkerzen 411, 412, 413, 414, 415, 416 bzw. 417, 418 verbunden, die jeweils paarweise an die betreffenden Sekundärwicklungen angeschlossen und den betreffenden Zylindern der Achtzylinder-Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Ferner sind Hochspannungsdioden 421, 422, 423, 424 zwischen einem Wicklungsanschluß der Sekundärwicklung der genannten Zündspulen und den Zündkerzen 412, 414, 416 bzw. 418 eingeschaltet. Die Primärwicklungen der Zündspulen 401, 402, 403, 404 sind mit als MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren 431, 432, 433 bzw. 434 in Reihe geschaltet, deren Gates mit Steuersignalen von Mikrocomputer 3 versorgt werden. Durch Ein- und Ausschalten der Leistungstransistoren wird entsprechend an den Sekundärwicklungen der Zündspulen 401, 402, 403, 404 eine Hochspannung erzeugt, um den Zündfunken in den entsprechenden Zündkerzen auszulösen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind jeweils zwei Zündkerzen an die gleiche Zündspule angeschlossen, beispielsweise die Zündkerzen 411 und 412 an die Sekundärwicklung der Zündspule 401, so daß diese Zündkerzen gleichzeitig zünden. Der Zündfunke tritt also bei diesen Zündkerzen sowohl im Explosionstakt als auch im Auspufftakt des betreffenden Zylinders auf.

Die obenerwähnten, als MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren 431 und 432 bilden ein Zündsystem, wobei eine gemeinsame Strombegrenzungsschaltung 441 verwendet ist. Auch die als MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren 433, 434 bilden ein weiteres Zündsystem, dem eine gleichartige Strombegrenzungsschaltung 442 zugehört. Diese Strombegrenzungsschaltungen 441, 442 sind gleich ausgebildet wie die Strombegrenzungsschaltungen von Fig. 3. Auch bei der in Fig. 5 dargestellten Zündvorrichtung bleiben bei Ausfall eines der als MOSFETs ausgebildeten Leistungstransistoren der beiden Zündsysteme durch Kurzschluß die übrigen Komponenten des Systems weiter in Betrieb, wodurch ein damit ausgerüsteter Motor trotz der Verringerung der Ausgangsleistung auf die Hälfte weiter betrieben werden kann.

Aus der obigen Erläuterung ist ersichtlich, daß aufgrund der Erfindungskonzeption ein Ausfall einer gegebenen Leistungsschalteinrichtung durch Kurzschluß nicht zum Ausfall der gesamten Zündvorrichtung führt, so daß die erfindungsgemäße Zündvorrichtung vom elektronischen Verteilertyp, die für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen vorgesehen ist, gegenüber dem Stand der Technik eine erheblich höhere Betriebssicherheit ermöglicht.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektronische Zündvorrichtung für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit

    mehrere Zündschaltungen, die jeweils eine Zündspule (4-9; 401-404) und ein Leistungsschaltelement (20-25; 20&min;-25&min;; 431-434) aufweisen, das den Primärstrom der zugehörigen Zündspule (4-9; 401-404) schaltet, und

    mindestens zwei Strombegrenzungsschaltungen (17-19; 170, 180; 441, 442), die den durch die Leistungsschaltelemente (20-25; 20&min;-25&min;; 431-434) der Zündschaltungen fließenden Primärstrom begrenzen,

    dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - eine Zündschaltung für jeden Zylinder oder für zwei Zylinder gemeinsam vorgesehen ist und
    2. - jede Strombegrenzungsschaltung (17-19; 170, 180; 441, 442) mindestens zwei Zündschaltungen zugeordnet ist (Fig. 1, 3, 5).
  2. 2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strombegrenzungsschaltung (17-19; 170, 180; 441, 442) zwei oder drei Zündschaltungen zugeordnet ist (Fig. 1, 3, 5).
  3. 3. Zündvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsschaltelemente (204- 206; 215-217) und die Bauelemente der zugehörigen Strombegrenzungsschaltung (207-214) auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (201) vorgesehen sind (Fig. 4).
  4. 4. Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsschaltelemente MOSFETs (204-206; 215-217) sind.
  5. 5. Zündvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie von einem Mikrocomputer (3) gesteuert ist, der Eingangssignale (RPM, TW, VB, OT) von entsprechenden Sensoren empfängt und entsprechende Zündsteuersignale an die Leistungsschaltelemente (20- 25; 20&min;-25&min;; 431-434) abgibt.






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