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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und
auf einen Einchip-Halbleiter hierfür.
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In
der
japanischen Offenlegungsschrift
Nr. Hei 8-335522 ist als ein Stand der Technik eine Zündvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine beschrieben, in der ein Leistungsschaltteil,
eine Strombegrenzungsschaltung, die als eine Schutzschaltung wirkt, sowie
eine thermische Abschaltschaltung, die den Stromfluss zwangsläufig unterbricht
oder sperrt, wenn eine anomale Wärmeerzeugung
stattfindet, sämtlich
auf einem monolithischen IGBT-Siliciumsubstrat integriert sind.
Außerdem
wird ein Unterdrückungsverfahren
vorgeschlagen, das eine Kollektor-Klemmspannung aufbaut, die mehrere
zehn Volt beträgt,
das als Verfahren zur Nichterzeugung einer hohen Spannung auf der
Sekundärseite
einer Zündspule
während
der Zeit, in der der Strom durch eine Spannungserzeugung in einer
Anzahl, die dem Windungsverhältnis
entspricht, zwangsläufig
abgeschaltet wird, dient. In der
japanischen
Offenlegungsschrift Nr. Sho 55-46030 ist als weiterer Stand
der Technik eine Zündvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine beschrieben. In dieser Zündvorrichtung wird ein Hybrid-IC, der
mit elektronischen Bauteilen auf einem Keramiksubstrat und dergleichen
ausgerüstet
ist, verwendet. Diese Zündvorrichtung
besitzt die Funktion, daß sie
den elektrischen Primärstrom
aufgrund des Miller-Integrationseffekts unter Verwendung eines Kondensators
durch Erfassung der Fehlfunktion des Zündsignals langsam unterbricht.
Der Stand der Technik, der in der
japanischen
Offenlegungsschrift Nr. Hei 8-335522 gezeigt ist, weist
in der Zündvorrichtung
als Sicherheits- oder Schutzfunktion eine Strombegrenzungsschaltung
und eine thermische Abschaltschaltung auf. Wenn jedoch die Bauelementtemperatur
höher als
eine bestimmte Temperatur ist, setzt eine solche einfache thermische
Abschaltschaltung das Gate-Signal des Leistungstransistors zwangsläufig auf
TIEF, so daß durch
diesen Vorgang auf der Sekundärseite
der Zündspule
eine Hochspannung erzeugt wird, weil der Primärstrom, der durch die Zündspule
fließt,
schnell unterbrochen wird, so daß in der Zündkerze eine elektrische Entladung
erfolgt. Daher besteht entsprechend dem Zustand des Motors die Möglichkeit
einer nachteiligen Verbrennung wie etwa einer Fehlzündung oder
dergleichen. Es ist notwendig, die Erzeugung einer Hochspannung
auf der Sekundärseite
der Zündspule zu
verhindern, um diese nachteilige Verbrennung beim zwangsläufigen Abschalten
des Stroms zu verhindern. Als einfachstes Verhinderungsverfahren wird
ein Unterdrückungsverfahren
vorgeschlagen, das die Kollektor-Klemmspannung von einigen zehn Volt
durch eine Spannungserzeugung in einer Anzahl, die dem Windungsverhältnis entspricht,
absenkt. Gewöhnlich
ist es jedoch unerwünscht,
daß mit
24 V + α der
Batteriereihenschaltung gearbeitet wird und die Kollektor-Klemmspannung
auf 30 V oder weniger für die
Fahrzeug-Zündvorrichtung
eingestellt wird. Wenn das Spulenwindungsverhältnis der Zündspule beispielsweise 100
und die Kollektor-Klemmspannung 30 V beträgt und wenn die Spannung Vce während der
Strombegrenzung 7 V betragen soll, weil auf der Sekundärseite der
Zündspule
eine Spannung erzeugt wird, die sich aus dem Produkt des Windungsverhältnisses
und der Kollektorspannung ergibt, wird eine Hochspannung von 2,3
kV erzeugt, die gleich dem 100fachen von 30 V – 7 V = 23 V ist. Die an der
Zündkerze
erzeugte Funkenentladungsspannung ist je nach Betriebszustand des
Motors unterschiedlich, wobei im Fall eines hohen Drucks und hoher
Luftdichte die Funkenentladungsspannung hoch ist und umgekehrt bei
niedrigem Druck und geringer Luftdichte die Entladungsspannung niedrig
ist. Das heißt,
da im Verdichtungsprozeß des
Motors der Druck ansteigt, ist eine hohe Sekundärspannung erforderlich, und
da bei geringer Luftdurchflußmenge während des
Motorluftansaugprozesses ein Unterdruck entsteht, wird eine Funkenentladung
mit niedriger Sekundärspannung
erzeugt. Ein hoher Unterdruck wird erzeugt, wenn der Motor mit hoher
Drehzahl betrieben wird und daher die Kolbengeschwindigkeit hoch
ist und dabei die Drosselklappe schnell geschlossen wird. Dieser
allgemeine Wert entspricht einem absoluten Druck von 13–14 kPa
(Atmosphärendruck:
106,7 kPa). Wenn der Primärstrom zwangsläufig gesperrt
wird, muß,
da die Funkenentladung in keinem Zustand des Motors erzeugt werden
darf, eine Sekundärspannung
oberhalb eines Wertes, bei dem eine Funkenentladung auftritt, unterdrückt werden,
selbst wenn die Funkenentladung durch den Unterdruck einfach erzeugt
werden könnte.
Vor allem dann, wenn im Motor im Ansaugprozeß ein Unterdruck herrscht,
bewirkt eine Zündung
in einem solchen Zustand eine nachteilige Verbrennung im Motor wie
etwa eine Fehlzündung
oder dergleichen. Die Beziehung zwischen dem Unterdruck und der
Funkenentladung, die experimentell ermittelt wurde, ist in
1 gezeigt.
In diesem Experiment wurde eine Zündkerze F7LTCR von BOSCH (Spaltbreite:
1,2 mm), die in einer Aluminiumkammer montiert war, deren Innendruck
durch eine äußere Unterdruckpumpe
abgesenkt wurde, verwendet, wobei der Druck und die Sekundärspannung,
bei denen die Funkentladung zu diesem Zeitpunkt entsteht, gemessen
wurden. 1a, 1b, 1c und 1d zeigen Entladungsspannung-Signalformen
bei Atmosphärendruck (106,7
kPa), bei 40 kPa, 20 kPa bzw. 13 kPa. Aus den Ergebnissen dieses
Experiments geht hervor, daß die
Kerzenentladungsspannung zum Zeitpunkt des absoluten Drucks von
13 kPa den Wert von 1,5 kV hat, so daß für die Vermeidung der Erzeugung
einer Funkenentladung an der Zündkerze
die Sekundärspannung
unter einen Wert von etwa 1 kV gedrückt werden muß. Die Signalform
1e zeigt die Tatsache, daß die
Entladung bei 1 kV selbst bei einem absoluten Druck von 1,3 kV nicht
auftritt. Das bedeutet, daß die
Kerzenentladung bei dem System, in dem die Kollektor-Klemmspannung
auf 30 V gesetzt ist, nicht vermieden werden kann.
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Um
darüber
hinaus bei der Technik, die eine elektrische Entladung an der Zündkerze
durch langsames Unterbrechen des primären elektrischen Stroms unter
Ausnutzung des Miller-Integrationseffekts
mit dem Kondensator und durch Steuern einer auf der Sekundärseite der
Zündspule
erzeugten Hochspannung verhindert, wie in der obenerwähnten
japanischen Offenlegungsschrift
Nr. Sho 53-118781-A gezeigt ist, um den primären elektrischen
Strom langsam zu unterbrechen, damit die elektrische Entladung an
der Zündkerze
verhindert wird, ist ein Kondensator mit großer Kapazität erforderlich. Daher ist es
im Hinblick auf die Größe äußerst nachteilig,
ihn auf einem Siliciumsubstrat auszubilden.
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US 4 774 925 zeigt eine
Zündvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine mit einer Zeitüberwachung, um die Zeit, während der
Strom einer Primärspule
einer Zündspule
zugeführt
wird, zu überwachen.
Im Falle einer Überschreitung
dieser Zeit – z.B.
wenn die Brennkraftmaschine steht – wird die in der Zündspule gespeicherte
Energie graduell abgeführt,
ohne dass dabei eine Zündung
einer Zündkerze
erfolgt. Auf diese Weise können
anormale Zustande, wie ein unerwartetes Stehenbleiben der Brennkraftmaschine,
erkannt und Fehlzündungen
vermieden werden.
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EP 0 526 219 A2 schlägt weiterhin
zur Erkennung von anormalen Zuständen
die Erfassung eines Ionisationssignals oder eines Zündspulenüberstromsignals
vor. In beiden Fällen
wird die Zündspule
derart entladen, dass keine unbeabsichtigte Zündung auftritt.
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DE 196 12 201 A1 und
EP 323 412 A2 schlagen
Zündvorrichtungen
für eine
Brennkraftmaschine vor, bei denen durch graduelle Änderung
des Zündspulenprimärstroms
vermieden wird, dass zu einem nicht gewünschten Zeitpunkt ein Zündfunke
erzeugt wird.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
und einen Einchip-Halbleiter für
die Zündung
in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine Überhitzung
der Zündvorrichtung
sicher verhindern. Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
betreffen vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Gemäß der Erfindung
werden diese Probleme des oben erwähnten Standes der Technik gelöst, wenn
der Kollektorstrom eines Leistungstransistors zum Zeitpunkt einer
anormalen Wärmeerzeugung zwangsläufig gesperrt
wird, indem der Kollektorstrom geändert wird, so dass die Sekundärspannung
unter der Kerzenentladungsspannung liegt, um keine Funkenentladung
aufgrund der auf der Sekundärseite der
Zündspule
erzeugten Sekundärspannung
zu erzeugen, wobei die Sekundärspannung
durch Wiederholen dieser Steuerung wiederholt erzeugt wird und Energie,
die in die Zündspule
geladen worden ist, emittiert wird. Experimentelle Signalformen
der Schaltung, mit der die Erfindung erzielt wird, sind in 2 gezeigt.
Aus diesen Signalformen geht hervor, dass eine nachteilige Zündung verhindert
werden kann, indem die elektrische Entladung der Kerze nicht bewirkt
wird, weil die erzeugte Sekundärspannung
wiederholt mit 800 V (Spitze) entladen wird. Durch die Steuerung
der Gate-Spannung auf diese Weise und die Steuerung des Änderungsbetrags
des elektrischen Primärstroms
ist es möglich,
den primären
elektrischen Strom zwangsläufig
zu unterbrechen und dabei die auf der Sekundärseite der Zündspule erzeugte
Spannung auf 1 kV oder weniger zu steuern.
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Als
Mittel zum wiederholten Erzeugen der Sekundärspannung unterhalb dieser
Kerzenentladungsspannung wird eine digitale Steuerschaltung verwendet,
die den elektrischen Kollektorstrom unter Verwendung einer Impulssignalform
schrittweise ändert.
Im Ergebnis ist es möglich,
die Steuerschaltung einfach auf einem Siliciumsubstrat auszubilden,
ohne daß ein
Kondensator mit großer
Kapazität
notwendig ist. Darüber
hinaus ist eine Zwischenspeicherschaltung installiert, die nach
einmaliger Ausführung
der zwangsläufigen
Unterbrechung keinen Stromfluß bewirkt,
bis das Zündsteuersignal
erneut TIEF wird. Im Ergebnis wird ein Betrieb mit anomalem Stromfluß durch
die Steuerung, die keinen erneuten Stromfluß hervorruft, verhindert, selbst
wenn die Chiptemperatur unter einen Sollwert sinkt und ein fehlerhafter Stromfluß erzeugt
wird. Diese Steuerschaltungskomponenten sind in das monolithische
Substrat des Leistungstransistors integriert.
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Wie
oben erwähnt
worden ist, können
fliegende Funken zur Zündkerze
verhindert werden, indem die Gate-Spannung des Leistungstransistors
so gesteuert wird, daß der
elektrische Strom schrittweise unterbrochen wird, so daß die auf
der Sekundärseite
der Zündspule
erzeugte Sekundärspannung unter
die Kerzenentladungsspannung gedrückt wird, wenn die Zündvorrichtung
anomal Wärme
erzeugt und den Primärstrom
zwangsläufig
unterbricht. Durch Integration dieser Steuerschaltungen und des Lei stungsteils
auf dem monolithischen Siliciumsubstrat des Leistungstransistors
kann eine Multifunktions-Einchip-Zündvorrichtung mit hoher Betriebsstabilität und -zuverlässigkeit
geschaffen werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
Signalformen, die die Beziehung zwischen dem Unterdruck und der
Funkenentladungsspannung zeigen;
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2 zeigt
experimentelle Signalformen, die anhand der vorliegenden Erfindung
erzeugt wurden;
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3 ist
eine Anordnung einer üblichen Zündvorrichtung;
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4 ist
ein Beispiel einer typischen Treiberschaltung;
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5 ist
ein Blockschaltplan, der eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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6 ist
ein Beispiel einer Strombegrenzungsschaltung;
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7 ist
eine Anordnung einer Eingangsstufe und eines Schutznetzwerks;
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8 ist
ein Beispiel einer Überhitzungs-Erfassungsschaltung
und einer Zwischenspeicherschaltung;
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9 ist
ein Beispiel einer Impulserzeugungsschaltung;
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10 ist
ein Beispiel einer Zählerschaltung;
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11 ist
ein Beispiel einer Stufensignalform-Erzeugungsschaltung;
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12 zeigt
eine Impulssignalform, eine Zähler-Signalform
und eine Stufensignalform; und
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13 ist
ein Funktionsablauf, durch den eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung erläutert
wird.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
der beispielhafte Aufbau eines gewöhnlichen Zündsystems gezeigt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet
eine ECU (Motorsteuereinheit), das Bezugszeichen 2 bezeichnet
eine Zündvorrichtung,
das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Zündspule und das Bezugszeichen 4 bezeichnet
eine Zündkerze.
Die Ausgangsstufe der ECU 1 ist aus einem Widerstand 11,
einem PNP-Transistor 9 und einem NPN-Transistor 10 aufgebaut.
Die Transistoren 9 und 10 werden entsprechend
dem geeigneten Zündzeitpunkt,
der durch eine CPU (Zentraleinheit) 8 berechnet wird, durchgeschaltet
oder gesperrt, wobei ein Impuls mit HOCH-Pegel oder TIEF-Pegel an
die Zündvorrichtung 2 ausgegeben
wird. Die Zündvorrichtung 2 umfaßt einen
Leistungstransistor 5, einen Stromerfassungswi derstand 6,
eine Stromsteuerungsschaltung 7 und einen Eingangswiderstand 12, die
auf einem Hybrid-IC 13 montiert sind. Auf der Sekundärseite der
Zündspule
wird durch Erzeugen einer Spannung am Kollektor des Leistungstransistors 5 eine
Hochspannung erzeugt, die dem Spulenwindungsverhältnis zwischen der Primärwicklung
und der Sekundärwicklung
der Zündspule
entspricht, indem das Durchschalten des Transistors durch TIEF → HOCH des
Ausgangssignals der ECU 1 begonnen wird und indem der Stromfluß durch
HOCH → TIEF unterbrochen
oder gesperrt wird, wodurch eine Funkenentladung zwischen den Elektroden
der Zündkerze
erzeugt wird und das Gemisch verbrannt wird. Weiterhin ist in 4 eine
typische Treiberschaltung gezeigt. Das Bezugszeichen 4a zeigt
PMOS- und NMOS-Transistoren, die zusammengefügt sind, um eine komplementäre Kombination
zu bilden, während das
Bezugszeichen 4b eine Anordnung bezeichnet, die aus einem
Pull-up-Widerstand und einem NPN-Transistor aufgebaut ist. Außerdem bezeichnet das
Bezugszeichen 4c ein Verfahren, mit dem ein elektrischer
Strom durch einen PNP-Transistor
geschickt wird. Obwohl sich die Schaltungen hinsichtlich ihrer Schaltungssysteme
unterscheiden, gibt jede Schaltung einen elektrischen Strom und
eine Spannung aus, die zum Ansteuern der Zündung notwendig sind, um zum
optimalen Zündzeitpunkt,
der durch die ECU erhalten wird und zu dem eine Funkenentladung
in der Zündkerze
erzeugt wird, Energie in die Zündspule
zu laden.
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Der
Blockschaltplan einer Zündvorrichtung, die
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bildet, ist in 5 gezeigt.
Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Zündspule, das Bezugszeichen 15 bezeichnet
eine Zündvorrichtung
gemäß dieser Erfindung,
das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Haupt-IGBT, der die
Hauptschaltung zum Durchschalten und Sperren des Primärstroms
durch die Primärwicklung
der Zündspule
bildet, und das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Lese-IGBT,
der eine Nebenschlußschaltung
für die
Erfassung des Stroms durch den IGBT 16 bildet. An den Emitter 17 des
IGBT 17 ist ein Widerstand 18 angeschlossen, der
als Stromerfassungselement wirkt. Er ist außerdem an eine Strombegrenzungsschaltung 19 angeschlossen.
Die Eingangsstufe der Zündvorrichtung, die
mit einer ECU 35 verbunden ist, besitzt eine Schutzschaltung 22.
Eine Steuerschaltung umfaßt eine
Impulserzeugungsschaltung 23, eine Zählerschaltung 24,
eine Überhitzungs-Erfassungsschaltung 25,
eine Zwischenspeicherschaltung 26, ein logisches UND-Gatter 27,
eine Stufensignalform-Erzeugungsschaltung 28,
einen Puffer 29, einen MOS-Transistor 30 und einen
Widerstand 31. Der Pegel des Zündsteuersignals von der Schaltung 22 wird
als Betriebsspannung an die Schaltungen 23, 24, 25, 26 und 28 angelegt.
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In 6 ist
ein Beispiel der Strombegrenzungsschaltung 19 gezeigt.
Diese Schaltung vergleicht die am Stromerfassungswiderstand 18 erzeugte
Spannung durch eine Differenzverstärkerschaltung 36 mit
einer Vref1-Spannung 37. Wenn die Spannung des Stromerfassungswiderstandes 18 wenigstens
gleich der Vref1-Spannung 37 ist,
gibt die Differenzverstärkerschaltung 36 einen
Ausgang mit HOCH-Pegel aus, wodurch der Transistor 38 durchschaltet
und die Spannung des Gates des IGBT 16 abgesenkt wird,
wodurch der Strom begrenzt wird, indem der IGBT in den nichtgesättigten
Zustand versetzt wird. In dieser Schaltung wird durch stufenweises
Absenken der Vref1-Spannung die auf der Sekundärseite der Zündspule
erzeugte Sekundärspannung
durch die Kerzenentladungsspannung wiederholt gesperrt, wodurch
Energie, die in die Zündspule geladen
worden ist, emittiert wird.
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In 7 ist
eine Anordnung der Eingangsstufe und der Schutzschaltung gezeigt.
Ein Widerstand 40 ist ein Pull-down-Widerstand, der so
wirkt, daß er
den elektrischen Kontaktstrom des Eingangsanschlusses sichert, indem
er einen bestimmten elektrischen Strom mit einem konstanten Wert
in die Schaltung abführt.
Weiterhin wird durch Bilden eines Netzwerks, das aus Durchbruch-
oder Zener-Dioden 41 und 42 sowie aus Widerständen 43 und 44 gebildet
ist, ein Betrag für
verschiedene Stromstöße, von denen
angenommen wird, daß sie
im Fahrzeug auftreten, aufgefangen.
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In 8 ist
ein Beispiel der Überhitzungs-Erfassungsschaltung
gezeigt. Diese Schaltung verwendet den Temperaturkoeffizienten der
Durchlaßspannung
einer Diode. Die Diode 48 empfangt von einer Konstantstromschaltung 49 einen
konstanten Strom und erzeugt eine Durchlaßspannung, die in einer Differenzverstärkungsschaltung 45 mit
der Vref2-Spannung verglichen wird. Die Durchlaßspannung der Diode besitzt
einen negativen Temperaturkoeffizienten von ungefähr 2 mV/°C. Daher
kann eine Fehlfunktion oder eine anomale Überhitzung durch Vergleichen der
Durchlaßspannung
der Diode mit der gesetzten Spannung Vref2 in der Differenzverstärkungsschaltung
beurteilt werden. Darüber
hinaus kann durch Vorsehen derselben Funktion ein Verfahren vorgeschlagen
werden, bei dem die Temperaturcharakteristik der Betriebsspannung
Vth eines MOS-Transistors verwendet wird. Die Zwischen speicherschaltung kann
die Zwischenspeicherungsfunktion mit einem D-Flipflop 50 ausführen, wie
in 8 gezeigt ist. 9 zeigt
ein Beispiel der Impulserzeugungsschaltung. Diese Schaltung ist
eine Freilauf-Impulserzeugungsschaltung, in der das Ausgangssignal
des NAND-Gatters 51 in einen Inverter 54 eingegeben wird,
nachdem es durch einen Widerstand 52 und einen Kondensator 53 integriert
worden ist, außerdem wird
es über
einen Inverter 55 in den Eingang des NAND-Gatters 51 rückgekoppelt.
Im Ergebnis erfolgt eine Selbstoszillation. Ein Kondensator 56 differenziert
das Ausgangssignal des Inverters 55, wobei die sich ergebende
Signalform in die Integrationsschaltung eingegeben wird, die den
Widerstand 52 und den Kondensator 53 umfaßt, so daß eine integrierte Signalform
mit großer
Amplitude geschaffen werden kann. Eine Zeitgeberschaltung wird durch
eine 2n-Teilerschaltung
unter Verwendung von Flipflops wie in 10 gezeigt
ermöglicht.
Der Eingang der ersten Stufe und der Ausgang der letzten Stufe werden
UND-verknüpft,
mit dem Ergebnis, daß eine
Impulsform in einem bestimmten Zyklus ausgegeben wird, indem die
Flipflops zurückgesetzt
werden.
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11 ist
ein Beispiel der Stufensignalform-Erzeugungsschaltung, die einen
Integrationsbetrieb unter Verwendung eines OP-Verstärkers 57, eines Eingangswiderstandes 58 und
eines Kondensators 59 ausführt. Der Signalausgang von
der Zählerschal tung
wird in den invertierenden Anschluß des OP-Verstärkers 57 über den
Widerstand 58 eingegeben. Der elektrische Strom I = Signalspannung/Widerstand
fließt
virtuell, weil der nichtinvertierende Anschluß des OP-Verstärkers 57 auf
Massepegel liegt, wobei die durch den Ausdruck V = (1 × T)/C gegebene
Spannungsänderung,
die proportional hierzu ist, am Ausgang des OP-Verstärkers 57 auftritt.
Im Ergebnis ist es möglich,
die Spannung schrittweise bei jedem angelegten Impuls zu ändern. Die
Beziehung zwischen der Signalform des Impulserzeugungszählers und
der Stufensignalform ist in 12 gezeigt.
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Die
Funktionsweise jeder Schaltung wird durch die Betriebssignalformen
von 13 erläutert. Bei
der Sequenz ➀ in 14 wird
die Gate-Steuerspannung 3b in den Haupt-IGBT durch das
Zündsteuersignal 3a,
das von der ECU 35 ausgegeben wird, eingeprägt, so daß der elektrische
Primärstrom 3f fließt. Die
Sekundärspannung 3g wird
auf der Sekundärseite
der Zündspule
aufgrund einer schnellen Änderung
des magnetischen Flusses zu dem Zeitpunkt, zu dem dieser elektrische
Strom unterbrochen oder gesperrt wird, erzeugt. Wenn das Zündsteuersignal
HOCH ist, wirkt die Impulserzeugungsschaltung als Freilauf-Oszillationsschaltung,
die den Impuls ständig
erzeugt. Dieser Referenzimpuls wird in die Zählerschaltung 24 eingegeben
und dann geteilt. Im Ergebnis wird während einer vorgegebenen Zeitperiode
ein Impuls ausgegeben, wie in 12 gezeigt ist.
In der Sequenz ➁ in 13 wird
das Zündsteuersignal 3a HOCH,
wird die Gate-Steuerspannung 3b durchgeschaltet
und fließt
der elektrische Primärstrom 3f.
Wenn der elektrische Primärstrom
einen festge legten Wert annimmt, arbeitet die Strombegrenzungsschaltung,
wodurch die Gate-Steuerspannung absinkt. Im Ergebnis wird der Haupt-IGBT
in einen nicht gesättigten
Zustand gesetzt und wird der elektrische Primärstrom 3g unverändert auf
dem Wert gehalten. In der Sequenz ➂ in 14 fließt, wenn
das Zündsteuersignal
unverändert
HOCH ist, weiterhin der elektrische Primärstrom 3g mit dem Strombegrenzungswert,
wodurch die Wärmeerzeugung
im IGBT-Element anwächst.
Wenn die Betriebstemperatur der Überhitzungs-Erfassungsschaltung 25 überschritten
wird, wird von der Überhitzungs-Erfassungsschaltung 25 ein
Signal ausgegeben. Die Zwischenspeicherschaltung 26 gibt
als Antwort auf den Ausgang der Überhitzungs-Erfassungsschaltung 25 ein
Ausgangssignal mit HOCH-Pegel aus. Sobald das Signal ausgegeben
worden ist, gibt diese Zwischenspeicherschaltung 26 den
HOCH-Pegel solange aus, wie das Zündsteuersignal 3a nicht
TIEF-Pegel annimmt, selbst wenn das Ausgangssignal der Überhitzungs-Erfassungsschaltung 25 ausgeschaltet wird.
Das logische Produkt aus dem Zwischenspeicherausgang 3e und
dem Zählerausgang 3c wird durch
die logische UND-Schaltung 27 gebildet, wobei das sich
ergebende Ausgangssignal in die Stufensignalform-Erzeugungsschaltung 28 eingegeben
wird. Diese Stufensignalform steuert das Gate des Transistors 30 über den
Puffer 29 an, so daß die Gate-Spannung des Haupt-IGBT
schrittweise gesenkt wird. In der Sequenz ➃ in 13 nimmt
der primäre
elektrische Strom 3f stufenweise ab, wobei der Haupt-IGBT 16 aktiv
gehalten wird, indem die Gate-Steuerspannung 3b stufenweise
abgesenkt wird. Daher wird der Änderungsbetrag
der Gate-Steuerspannung 3d so gesetzt, daß die erzeugte
Sekundärspannung
1 kV oder weniger an nehmen kann. Die Sekundärspannung V2, die durch die Änderung
dieses elektrischen Primärstroms
erzeugt wird, nimmt einen Wert an, der durch V2 = a × L1 × (di/dt)
definiert ist, wobei L1 die Primärinduktivität der Zündspule
ist, a das Windungsverhältnis
ist und di/dt der Änderungsbetrag
des primären
elektrischen Stroms ist. Eine solche Steuerung der Gate-Spannung
zum Steuern des Änderungsbetrags des
Primärstroms
ermöglicht
die Steuerung der auf der Sekundärseite
der Zündspule
erzeugten Spannung auf höchstens
1 kV. Durch Wiederholen dieser Steuerung nimmt der elektrische Primärstrom allmählich ab
und wird schließlich
null, so daß die zwangsläufige Sperrung
abgeschlossen ist. Danach bleibt der Primärstrom fortgesetzt im Null-Zustand, bis
das Zündsteuersignal
TIEF wird.
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Gemäß dieser
Erfindung ist es durch zwangsläufiges
Sperren des primären
Stroms bei Auftreten einer anomalen Wärmeerzeugung möglich, eine
Beschädigung
der Elemente zu vermeiden, außerdem
ist es durch schrittweises Absenken des Stroms, um die Erzeugung
einer Funkenentladung an der Zündkerze
zu verhindern, wenn der primäre Strom
zwangsläufig
gesperrt wird, möglich,
den Strom sicher zu sperren, weiterhin ist es durch Integrieren
dieser Schaltung in ein monolithisches Substrat für den Leistungstransistor
möglich,
eine Einchip-Zündvorrichtung
mit hoher Zuverlässigkeit
zu schaffen.