DE19502402A1 - Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zündaussetzer-Abtastschaltung für
eine Brennkraftmaschine, um Zündaussetzer festzustellen, in
dem man einen Ionenstrom in der Brennkammer der Brennkraftma
schine mißt.
Bei Brennkraftmaschinen wird ein Gasgemisch aus Kraftstoff
und Luft komprimiert und dann durch einen Zündfunken ver
brannt, der durch Anlegen einer Hochspannung an eine Zünd
kerze erzeugt wird, welche sich in dem Verbrennungsraum be
findet. Ein Zustand, in welchem das Gasgemisch nicht ver
brannt wird, wird als Zündaussetzer oder Fehlzündung bezeich
net. In einem solchen Falle kann die Brennkraftmaschine nicht
nur keine ausreichende Leistung abgeben, sondern es strömt
ein Gasgemisch, welches eine große Menge an Kraftstoff ent
hält, in das Abgassystem, was Schwierigkeiten bereitet, da
beispielsweise der Auspuff korrodiert werden kann. Somit ist
es erforderlich, den Zustand von Zündaussetzern festzustellen
und die Bedienungsperson zu warnen.
Als Zündaussetzer-Abtasteinrichtung wird ein Gerät verwendet,
um Zündaussetzer festzustellen, indem man den Ionenstrom in
der Verbrennungskammer mißt. Wenn die Verbrennung in der Ver
brennungskammer durchgeführt wird, werden Moleküle in der
Verbrennungskammer infolge der Verbrennung ionisiert. Wenn
über ein Zündkerze eine Spannung an den Innenraum der ioni
sierten Verbrennungskammer angelegt wird, fließt ein sehr
kleiner Strom, der als Ionenstrom bezeichnet wird. Da der
Ionenstrom zum Zeitpunkt eines Zündaussetzers extrem klein
wird, ist es möglich, diesen Ionenstrom zu messen und festzu
stellen, ob ein Zündaussetzer stattgefunden hat. Die Erfin
dung betrifft eine Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine
Brennkraftmaschine zur Feststellung von derartigen Zündaus
setzern durch Abtastung eines solchen Ionenstromes.
Fig. 20 zeigt eine herkömmliche Zündaussetzer-Abtastschaltung
von diesem Typ, der beispielsweise in der JP-OS 4 191 465 an
gegeben ist.
In Fig. 20 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Zündspule,
während die Bezugszeichen 1a und 1b die entsprechende Primär
wicklung bzw. Sekundärwicklung bezeichnen. Das Bezugszeichen
3 bezeichnet eine Zündkerze, die mit der Seite negativer Po
larität der Sekundärwicklung 1b verbunden ist. Die Seite po
sitiver Polarität der Primärwicklung 1a ist mit einer Strom
quelle 8 verbunden, während die Seite negativer Polarität der
Primärwicklung 1a mit dem Kollektor eines Transistors 2 ver
bunden ist, um elektrischen Strom zu speichern. Der Emitter
des Transistors 2 ist mit Masse verbunden, während die Basis
des Transistors 2 von einer nicht dargestellten Steuerung ge
steuert wird, um dadurch die Verbrennung zu regeln.
Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Zündaussetzer-Abtast
schaltung. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Kondensator,
der mit der Seite positiver Polarität der Sekundärwicklung 1b
verbunden ist. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Diode,
welche zwischen die Seite des Kondensators 5 mit niedrigem
elektrischen Potential und Masse geschaltet ist, wobei die
Diode 6 in einer Richtung angeschlossen ist, bei der die ent
sprechende Seite des Kondensators 5 die Anode bildet. Das Be
zugszeichen 4 bezeichnet eine Zenerdiode, welche die Spannung
bestimmt, mit der der Kondensator 5 geladen wird, wobei die
Zenerdiode 4 zwischen die Seite positiver Polarität der Se
kundärwicklung 1b und Masse geschaltet ist. Das Bezugszeichen
7 bezeichnet einen Widerstand.
Wenn in einer Schaltung mit einem solchen Aufbau die Brenn
kraftmaschine gezündet wird, so ändert der Transistor 2 seinen
Zustand plötzlich von EIN nach AUS, und zwar unter der Steue
rung einer nicht dargestellten Steuereinrichtung zur Steue
rung der Verbrennung. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Primär
strom der Zündspule 1 schlagartig ab, und es wird eine Hoch
spannung durch eine elektromotorische Gegenkraft der Zünd
spule 1 erzeugt. Auf der Sekundärseite der Zündspule 1 wird
eine Spannung, die auf der Primärseite entwickelt wird, in
der Weise entwickelt, daß die Spannung in Abhängigkeit von
dem Spulenwicklungsverhältnis zwischen der Primärwicklung 1a
und der Sekundärwicklung 1b verstärkt wird. Somit wird
schließlich eine Spannung von etwa -10 kV bis -25 kV an die
Zündkerze 3 angelegt.
Bei der Schaltung gemäß Fig. 20 wird eine Ladung, die zum
Messen des Ionenstromes ausreichend ist, im Kondensator 5 ge
laden, indem man die Energie zum Zündzeitpunkt verwendet, und
der Ionenstrom wird unmittelbar nach der Zündung durch eine
Spannung gemessen, die von dem Kondensator 5 geliefert wird.
Der elektrische Strom zum Zündzeitpunkt fließt in der Rich
tung des Pfeiles 3a in Fig. 20, bewirkt eine Entladung der
Zündkerze 3, und somit wird das Gasgemisch in der Verbren
nungskammer 30 gezündet. Dieser Entladungsstrom lädt den Kon
densator 5 auf eine Spannung auf, die durch die Zenerdiode 4
begrenzt ist.
Wenn der elektrische Strom in der Richtung des Pfeiles 3a für
die Zündung auf Null abnimmt, wird die von dem Kondensator 5
gehaltene Spannung an die Zündkerze 3 angelegt. Wenn zu die
sem Zeitpunkt die Verbrennung in der Verbrennungskammer 30
normal durchgeführt wird, fließt der Ionenstrom in der Rich
tung des Pfeiles 3b. Da der in Richtung des Pfeiles 3b flie
ßende Strom auch durch den Widerstand 7 fließt, wird ein
Spannungsabfall hervorgerufen. Unter Verwendung dieses Span
nungsabfalls als Meßsignal wird die Anwesenheit oder Abwesen
heit eines Zündaussetzers auf der Basis dieses Spannungsab
falls bestimmt. Das bedeutet, da kein Ionenstrom im Falle ei
nes Zündaussetzers fließt, entwickelt sich keine Spannung,
die durch einen solchen Ionenstrom hervorgerufen wird, am
Ausgang der Abtastschaltung 9 aus.
Weitere Beispiele von Zündaussetzer-Abtastschaltungen für
Brennkraftmaschinen sind in der JP-OS 4-265 474 und
JP-OS 4-262 070 beschrieben. Diese Zündaussetzer-Abtastschal
tungen haben jedoch eine Reihe von Problemen, die nachstehend
erläutert sind.
Die Zündaussetzer-Abtastschaltung wird in der Praxis im In
nenraum eines Motorraumes eines Kraftfahrzeuges zusammen mit
einer Zündspule vorgesehen. Die Zündaussetzer-Abtastschaltung
wird in verschiedenen Anordnungen installiert, und zwar in
Abhängigkeit von der Motorkonstruktion und dergleichen. Dabei
treten Fälle auf, bei denen ein großer Abstand zwischen der
Zündspule 1 und der Zündkerze 3 bei der Anordnung gemäß Fig.
20 besteht, wobei dieser Abstand etwa 2 Meter betragen kann.
Wenn die Verdrahtung lang wird, so wird eine Streukapazität
zwischen ihr und der Verdrahtung mit anderem Potential, ins
besondere Masse hervorgerufen.
Wenn die Streukapazität im Falle der Schaltung gemäß Fig. 20
gegenüber Masse den Wert Cf (Farad) hat, so wird eine Reihen
schaltung aus der Streukapazität Cf, dem Kondensator 5 und
dem Widerstand 7 gebildet. Die Wirkungsweise dieser Reihen
schaltung wird stark beeinflußt durch eine Ladungs/Entla
dungs-Zeitkonstante, welche durch die Streukapazität Cf und
den Widerstandswert des Widerstandes 7 bestimmt ist, und es
tritt das Problem auf, daß insbesondere die Zeitdauer eines
Rauschsignals ansteigt.
Bei einem aktuellen Beispiel gilt folgendes: Für ein Rausch
signal mit 100 Ms und 10 mA ist zur Dämpfung oder Abnahme auf
weniger als 1 µA, was im Vergleich mit dem Ionenstrom nicht
problematisch ist, unter Berücksichtigung einer Streukapazi
tät Cf von 500 pF und einem Widerstandswert des Widerstandes
7 von 200 kOhm eine Zeit von ungefähr 1 ms erforderlich, und
die Wellenform des Rauschstromes breitet sich ungefähr auf
das Zehnfache aus. Infolgedessen besteht die Möglichkeit und
Gefahr, daß das Rauschen irrtümlich als Ionenstrom abgetastet
wird.
Denkbare Gegenmaßnahmen sind folgende: Der Widerstandswert
des Widerstandes 7 wird verringert, und auch die Streukapazi
tät wird verringert. Die Verringerung des Widerstandswertes
bringt jedoch ein Problem mit sich, da es beispielsweise un
möglich ist, einen Zündaussetzer im niedrigen Drehzahlbereich
zu erfassen, in welchem der Wert des Ionenstromes abnimmt,
und zwar aufgrund der Abnahme der Empfindlichkeit bei der
Zündaussetzer-Abtastung. Auch bringt die Verringerung der
Streukapazität eine starke Einschränkung hinsichtlich des Or
tes mit sich, wo die Zündaussetzer-Abtastschaltung angeordnet
wird und wie die Anordnung erfolgt.
Während der Ionenstrommessung werden die Zündung und der
Zündaussetzer im Innenraum der Verbrennungskammer auf der Ba
sis der Größe des Ionenstromes bestimmt. Der zum Zeitpunkt
eines Zündaussetzers fließende elektrische Strom ist jedoch
nicht vollständig Null, sondern es fließt ein Strom von unge
fähr 1/100 bis 1/50 des Stromes, der zum Zeitpunkt einer
richtigen Zündung fließt. Der elektrische Strom zu diesem
Zeitpunkt wird als Dunkelstrom bezeichnet.
Der Ionenstrom hat eine Charakteristik, die von der Drehzahl
der Brennkraftmaschine abhängt. Generell gilt, daß der Strom
wert bei großen Drehzahlen hoch ist und daß der Strom bei
kleinen Drehzahlen abnimmt. Der Wert der Stromstärke nimmt um
Faktoren von 10 oder mehr zwischen dem Leerlauf bei 500 bis
1000 min-1 und einer hohen Drehzahl von 6000 bis
8000 min-1 zu.
Der Dunkelstrom steigt nahezu proportional zum Ionenstrom an.
Der Dunkelstrom bei hohen Drehzahlen erreicht ungefähr den
gleichen Wert wie der Ionenstrom bei kleinen Drehzahlen. Wenn
daher der Abtastschwellwert des Ionenstromes konstant ist und
wenn er auf die Charakteristik bei kleinen Drehzahlen einge
stellt ist, so wird der Dunkelstrom zum Zeitpunkt eines
Zündaussetzers irrtümlich als Ionenstrom bei großen Drehzah
len gemessen; wenn andererseits der Abtastschwellwert auf die
Charakteristik bei großen Drehzahlen eingestellt ist, wird es
unmöglich, den Ionenstrom bei kleinen Drehzahlen zu messen.
Diese Probleme beeinträchtigen die Realisierung einer
Zündaussetzer-Abtastschaltung, die in der Lage ist, wirksam
auf einen großen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine anzu
sprechen.
Obwohl die Zündkerze in der Verbrennungskammer isoliert ist,
gibt es Fälle, in denen die Isolierung abnimmt, und zwar auf
grund der Ablagerung von Kraftstoff, Kohlenstoff oder der
gleichen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen. In ei
nem solchen Falle werden die Zündeigenschaften schlechter. Im
Falle von modernen Brennkraftmaschinen ist es jedoch möglich,
Zündfunken ohne Probleme zu erzeugen, wenn die Zündkerze
einen Widerstand von ungefähr 10 MOhm besitzt. Der Leckstrom,
der aber dann fließt, wenn der Isolierwiderstand einen Wert
von 10 MOhm besitzt, wird jedoch größer als der Ionenstrom
bei kleinen Drehzahlen, und somit wird der Leckstrom als
Ionenstrom zum Zeitpunkt eines Zündaussetzers abgetastet.
Insbesondere dann, wenn der Isolationswiderstand abnimmt, ist
es sehr wahrscheinlich, daß Zündaussetzer auftreten. Die irr
tümliche Messung in einer solchen Situation, in der es wahr
scheinlich ist, daß Zündaussetzer auftreten, erfüllt nicht
die Funktion der Abtastung von Zündaussetzern, was in der
Praxis problematisch ist.
Bei einer Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraft
maschine mit dem oben beschriebenen Aufbau sind keine Gegen
maßnahmen ergriffen, um die Streukapazität, den Dunkelstrom
und/oder den Leckstrom gebührend zu berücksichtigen, und so
mit besteht die Möglichkeit und Gefahr, daß eine irrtümliche
oder falsche Messung des Ionenstromes erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündaussetzer-
Abtastschaltung für Brennkraftmaschinen anzugeben, die eine
verbesserte Zuverlässigkeit besitzt und eine fehlerhafte Mes
sung von Ionenströmen vermeidet, welche sonst durch Streuka
pazitäten, Dunkelströme und/oder Leckströme hervorgerufen
werden.
Dieses Problem wird gemäß der Erfindung in zufriedenstellen
der Weise gelöst durch verschiedene Bauformen einer Zündaus
setzer-Abtastschaltung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Zündausset
zer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben,
die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinheit zum An
legen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd
kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Abtasten
eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die
Verbrennung hervorgerufen wird; und eine Strom-Spannungs-
Wandlereinheit, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in
eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln. Die Ionen
strom-Abtasteinheit weist dabei einen Kondensator, der durch
einen elektrischen Strom von außen geladen wird, um die Span
nung mit positiver Polarität zu halten, eine Spannungsbegren
zungsschaltung zur Begrenzung der Spannung des Kondensators
und eine erste Diode auf, die zwischen die Elektrode des Kon
densators auf der Niedrigpotentialseite und Masse geschaltet
ist, um dafür zu sorgen, daß ein elektrischer Strom aus dem
Kondensator abfließt. Die Strom/Spannungs-Wandlereinheit
weist eine zweite Diode, die zwischen die Verbindungsstelle
von dem Kondensator und der ersten Diode und Masse geschaltet
ist, so daß die Kondensatorseite zur Kathode wird, um dem
Kondensator einen elektrischen Strom zuzuführen, und eine
Schaltung mit einer kleinen Eingangsimpedanz auf, wobei diese
Schaltung einen Operationsverstärker besitzt, dessen inver
tierender Eingang mit der Verbindungsstelle zwischen dem Kon
densator und der ersten Diode verbunden ist und dessen nicht
invertierender Eingang mit Masse verbunden ist, um einen
Ionenstrom, der aus dem Kondensator fließt, in eine Spannung
umzuwandeln, so daß eine irrtümliche Messung des Ionenstro
mes, die durch die Eingangsimpedanz und die Streukapazität in
der Schaltung verursacht wird, dadurch verhindert wird, daß
die Eingangsimpedanz der Strom/Spannungs-Wandlereinheit ver
ringert ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus
setzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben,
die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinrichtung zum
Anlegen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd
kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Abtasten
eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die
Verbrennung hervorgerufen wird; und eine Strom/Spannungs-
Wandlereinheit zum Umwandeln des Ionenstromes mit negativer
Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität, wobei die
Strom/Spannungs-Wandlereinheit einen Operationsverstärker zum
Umwandeln des Ionenstromes in eine Spannung sowie die Rück
kopplungsschaltung aufweist, um den Dunkelstrom zu entfernen,
wobei die Rückkopplungsschaltung bei kleinen Drehzahlen abge
schaltet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operations
verstärkers klein ist, und bei großen Drehzahlen eingeschal
tet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operationsverstär
kers groß ist, so daß eine irrtümliche Messung des Ionenstro
mes aufgrund des Dunkelstromes verhindert wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus
setzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben,
die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinheit zum An
legen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd
kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Abtasten
eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die
Verbrennung hervorgerufen wird; eine Strom/Spannungs-Wand
lereinheit, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine
Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln; und eine Wel
lenformschaltung, um das Ausgangssignal der Strom/Spannungs-
Wandlereinheit zu formen, wobei die Ionenstrom-Abtasteinheit
einen Operationsverstärker zum Umwandeln des Ionenstromes in
eine Spannung sowie eine Rückkopplungsschaltung zum Kompen
sieren eines Leckstromes aufweist, wobei die Rückkopplungs
schaltung zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers geschaltet ist, um einen dem Leck
strom entsprechenden Rückkopplungsstrom zuzuführen. Dabei ist
die Wellenformschaltung als Leckstrom-Filterschaltung ausge
bildet, die an den Ausgang des Operationsverstärkers ange
schlossen ist, um den Leckstrom zu entfernen, und das Aus
gangssignal der Filterschaltung wird als Ausgangssignal der
Zündaussetzer-Abtastschaltung verwendet, so daß eine irrtüm
liche Messung des Ionenstromes aufgrund des Leckstromes ver
hindert wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus
setzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben,
die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinheit zum An
legen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd
kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Abtasten
eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die
Verbrennung hervorgerufen wird; und eine Strom/Spannungs-
Wandlereinheit zum Umwandeln des Ionenstromes mit negativer
Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität, wobei die
Ionenstrom-Abtasteinheit folgendes aufweist: einen Kondensa
tor, der mit elektrischem Strom von außen geladen wird, um
die Spannung mit positiver Polarität zu halten, eine Diode,
die zwischen die Elektrode des Kondensators auf der Niedrig
potentialseite und Masse geschaltet ist, um dafür zu sorgen,
daß ein elektrischer Strom aus dem Kondensator abfließt, und
eine Spannungsbegrenzungsschaltung zum Begrenzen der Spannung
des Kondensators; diese Schaltung wird gebildet von einem
Transistor, dessen Emitter mit Masse verbunden ist und der
zwischen die Hochpotentialseite des Kondensators und Masse
geschaltet ist, und einem Spannungsbegrenzungselement, das
zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors geschal
tet ist, wobei der Transistor eingeschaltet wird, wenn ein
durch eine Sperrspannung erzeugter Sperrstrom durch das Span
nungsbegrenzungselement fließt, so daß der Energieverlust des
Spannungsbegrenzungselementes reduziert wird.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus
setzer-Abtastschaltung mit den Merkmalen gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung angegeben, wobei die Spannungsbegren
zungsschaltung der Ionenstrom-Abtasteinheit ferner eine
Schaltung zur Unterdrückung von Kollektorleckströmen auf
weist, um zu verhindern, daß ein Leckstrom von dem Kondensa
tor zum Kollektor des Transistors fließt, indem man ständig
eine Spannung mit positiver Polarität an den Emitter des
Transistors anlegt.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus
setzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben,
die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinheit zum An
legen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd
kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Messen
eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die
Verbrennung hervorgerufen wird; und eine Strom/Spannungs-
Wandlereinheit zur Umwandlung des Ionenstromes mit negativer
Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität, wobei die
Ionenstrom-Abtasteinheit folgendes aufweist: einen Kondensa
tor, der mit einem elektrischen Strom von außen geladen wird,
um die Spannung mit positiver Polarität zu halten und um eine
aus dem Ionenstrom abgeleitete Spannung abzutasten und da
durch den Ionenstrom zu messen; eine Spannungsbegrenzungs
schaltung zur Begrenzung der Spannung des Kondensators; eine
erste Diode, deren Anode mit der Elektrode des Kondensators
auf seiner Niedrigpotentialseite verbunden ist, um zu bewir
ken, daß ein elektrischer Strom aus dem Kondensator abfließt;
und eine Energieversorgungsschaltung für den Stromkreis, die
gebildet ist aus einem Kondensator für die Schaltungsenergie
versorgung, wobei der Kondensator mit einem elektrischen
Strom von außen in gleicher Weise wie der Kondensator zur
Messung des Ionenstromes geladen wird und dazu dient, die
Spannung mit positiver Polarität zu halten, und aus einer
Spannungsbegrenzungsschaltung für die Schaltungsenergiever
sorgung zur Begrenzung der Spannung des Kondensators, wobei
eine Schaltungsstromquelle nicht erforderlich ist.
Gemäß einem siebenten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus
setzer-Abtastschaltung angegeben, die außerdem eine Ausgangs
signal-Begrenzungseinrichtung aufweist, welche an der Aus
gangsseite der Zündaussetzer-Abtastschaltung vorgesehen ist,
um das Ausgangssignal der Schaltung zu begrenzen, wenn die
Spannung der Stromversorgungsschaltung für den Schaltkreis
unter einen vorgegebenen Wert abfällt.
Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung die Strom/Spannungs-Wandlereinheit von
einer Schaltung mit kleiner Eingangsimpedanz gebildet ist,
wird die Zeitkonstante verringert, die durch die Streukapazi
tät und den Widerstandswert der Schaltung bestimmt ist. Da
durch kann eine irrtümliche Messung des Ionenstromes aufgrund
des Einflusses durch die Streukapazität verhindert werden,
ohne die Strom/Spannungs-Wandlercharakteristik und damit die
Abtastempfindlichkeit zu verschlechtern.
Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung ist eine Rückkopplungsschaltung zum Be
seitigen des Dunkelstromes in der Strom/Spannungs-Wandlerein
heit vorgesehen, wobei diese Schaltung bei kleinen Drehzahlen
abgeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal vom Operati
onsverstärker klein ist, jedoch bei hohen Drehzahlen einge
schaltet wird, bei denen das Ausgangssignal vom Operations
verstärker groß ist. Somit kann eine irrtümliche Messung ei
nes Ionenstromes aufgrund eines derartigen Dunkelstromes ver
hindert werden, und die Zündaussetzer-Abtastschaltung ist in
der Lage, in einem breiten Drehzahlbereich der Maschine zu
verlässig anzusprechen.
Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung ist eine Rückkopplungsschaltung zur
Leckstrom-Kompensation zwischen den Ausgang und den invertie
renden Eingang des Operationsverstärkers geschaltet, um einen
dem Leckstrom entsprechenden Rückkopplungsstrom zuzuführen.
Diese Schaltung ist in der Strom/Spannungs-Wandlereinheit
vorgesehen, während eine Leckstrom-Filterschaltung, die an
den Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen ist, um
den Leckstrom zu entfernen, in der Wellenformschaltung vorge
sehen ist. Somit wird eine irrtümliche oder fehlerhafte Mes
sung des Ionenstromes aufgrund des Einflusses des Leckstromes
verhindert.
Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung ist eine Spannungsbegrenzungsschaltung
zur Begrenzung der Spannung des Kondensators der Ionenstrom-
Abtasteinheit vorgesehen. Sie wird gebildet von einem Transi
stor, dessen Emitter mit Masse verbunden ist und der zwischen
die Hochpotentialseite des Kondensators und Masse geschaltet
ist, sowie einem Spannungsbegrenzungselement, das zwischen
den Kollektor und die Basis des Transistors geschaltet ist,
so daß der Transistor eingeschaltet wird, wenn aufgrund einer
Sperrspannung ein Sperrstrom durch das Spannungsbegrenzungs
element fließt, so daß auf diese Weise der Energieverlust des
Spannungsbegrenzungselementes reduziert wird.
Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem fünften
Aspekt der Erfindung ist eine Schaltung zur Unterdrückung ei
nes Kollektorleckstromes vorgesehen, um stets eine Spannung
mit positiver Polarität an den Emitter des Transistors anzu
legen. Diese Schaltung ist in der Spannungsbegrenzungsschal
tung gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung vorgesehen, so
daß der Leckstrom, der von dem Kondensator zum Kollektor des
Transistors fließt, unterdrückt bzw. verhindert wird, wenn
der Ionenstrom gemessen wird.
Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem sechsten
Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu dem Kondensator zur
Messung des Ionenstromes und einer Spannungsbegrenzungsschal
tung eine Energieversorgungsschaltung für den Stromkreis vor
gesehen. Diese wird gebildet von einem Kondensator für die
Schaltungsenergieversorgung, der mit einem elektrischen Strom
von außen in gleicher Weise wie der Kondensator zur Messung
des Ionenstromes geladen wird, und von einer Spannungsbegren
zungsschaltung für die Schaltungsenergieversorgung. Diese
Komponenten sind in der Ionenstrom-Abtasteinheit vorgesehen.
Somit ist eine Schaltungsstromquelle nicht erforderlich.
Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem siebenten
Aspekt der Erfindung ist weiterhin eine Ausgangssignal-Be
grenzungseinrichtung an der Ausgangsseite der Zündaussetzer-
Abtastschaltung gemäß dem siebenten Aspekt der Erfindung vor
gesehen, um das Ausgangssignal der Schaltung zu begrenzen,
wenn die Spannung der Stromversorgungsschaltung für den
Schaltkreis unter einen vorgegebenen Wert abfällt. Somit wird
eine irrtümliche oder falsche Messung des Ionenstromes auf
grund des Umstandes verhindert, daß die Spannung der Strom
versorgungsschaltung für den Schaltkreis abgenommen hat.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die bei liegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Zündaussetzer-
Abtastschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild zur generellen Erläute
rung des Aufbaus einer Zündaussetzer-Abtastschaltung
für jede Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 3 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungs
weise der Schaltung gemäß Fig. 1;
Fig. 4 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels der
Verbindung zwischen der Zündaussetzer-Abtastschaltung
gemäß der Erfindung und einem Zündsystem bei einer
Niederspannungsverteilung für eine Brennkraftma
schine;
Fig. 5 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels der
Verbindung zwischen der Zündaussetzer-Abtastschaltung
gemäß der Erfindung und einem Zündsystem bei Hoch
spannungsverteilung für eine Brennkraftmaschine;
Fig. 6 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels der
Verbindung, wobei die Zündaussetzer-Abtastschaltung
gemäß der Erfindung den Ladestrom für einen Kondensa
tor von der Primärseite der Zündspule erhält;
Fig. 7 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Strom/Spannungs-
Wandlereinheit für eine Zündaussetzer-Abtastschaltung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungs
weise der Schaltung gemäß Fig. 7 bei kleinen Drehzah
len;
Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der
Schaltung gemäß Fig. 7 bei hohen Drehzahlen;
Fig. 10 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Strom/Spannungs-
Wandlereinheit und einer Wellenformeinheit gemäß ei
ner dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung des Betriebes
der Schaltung gemäß Fig. 10, wenn kein Leckstrom vor
liegt;
Fig. 12 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung des Betriebes
der Schaltung gemäß Fig. 10, wenn ein Leckstrom vor
liegt;
Fig. 13 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionenstrom-Ab
tasteinheit einer Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß
einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 14 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionenstrom-Ab
tasteinheit einer Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß
einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 15 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionenstrom-Ab
tasteinheit einer Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß
einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 16 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Ausführungsbei
spiels der gesamten Zündaussetzer-Abtastschaltung mit
einer Schaltung gemäß Fig. 15;
Fig. 17 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung des Betriebes
der Schaltung gemäß Fig. 16;
Fig. 18 ein Schaltbild zur Erläuterung einer abgewandelten
Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig. 15;
Fig. 19 ein Schaltbild zur Erläuterung einer weiteren abge
wandelten Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig.
15; und in
Fig. 20 ein Schaltbild zur Erläuterung einer herkömmlichen
Zündaussetzer-Abtastschaltung.
Die mit den Bezugszeichen 1 bis 6, 8 und 30 in Fig. 1 be
zeichneten Komponenten sind die gleichen wie beim Stand der
Technik, die im Zusammenhang mit Fig. 20 erläutert worden
sind.
Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine zweite Diode, deren
Anode an Masse angeschlossen ist und deren Kathode mit der
Verbindungsstelle von der Elektrode auf der niedrigen Poten
tialseite des Kondensators 5 und von der Anode der ersten Di
ode 6 verbunden ist. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen
Operationsverstärker, dessen invertierender Eingang mit der
Anode der Diode 6 verbunden ist und dessen nicht-invertieren
der Eingang mit Masse verbunden ist, wobei ein Rückkopplungs
widerstand 19 zwischen den invertierenden Eingang und den
Ausgang des Operationsverstärkers 18 geschaltet ist. Das Be
zugszeichen 20 bezeichnet einen Kondensator, der zwischen den
invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstär
kers 18 geschaltet ist, um hochfrequentes Rauschen zu entfer
nen. Die Zenerdiode 4 bildet eine Spannungsbegrenzungsschal
tung für den Kondensator 5, um einen Ionenstrom abzutasten.
Fig. 2 zeigt ein Funktionsblockschaltbild zur allgemeinen Er
läuterung des Aufbaus der Zündaussetzer-Abtastschaltung für
jede Ausführungsform gemäß der Erfindung. In Fig. 2 bezeich
net das Bezugszeichen 19 eine Zündaussetzer-Abtastschaltung;
das Bezugszeichen 9a bezeichnet eine Ionenstrom-Abtastein
heit, um Energie zum Zeitpunkt der Zündung in einem Kondensa
tor zu speichern und den Ionenstrom auf der Basis der in die
sem Kondensator gespeicherten Ladung zu messen; das Bezugs
zeichen 9b bezeichnet eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit;
das Bezugszeichen 9c bezeichnet eine Wellenformeinheit, um
das Rauschen des in eine Spannung umgewandelten Signals zu
formen. Die Bezugszeichen 40 und 41 bezeichnen einen Ein
gangsanschluß bzw. einen Ausgangsanschluß der Ionenstrom-Ab
tasteinheit 9a; die Bezugszeichen 23 und 24 bezeichnen einen
Eingangsanschluß bzw. einen Ausgangsanschluß der
Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b.
Nachstehend wird der Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 1 näher
erläutert. Die Wellenformdiagramme an den Stellen S1 bis S6
der Schaltung gemäß Fig. 1 sind in Fig. 3 dargestellt. Es be
zeichnet S5 das Basispotential des Transistors 2 zur Steue
rung des elektrischen Stromes auf der Primärseite der Zünd
spule 1. Der Transistor 2 wird während einer EIN-Periode ein
geschaltet, in der man den elektrischen Strom durch die Pri
märwicklung 1a fließen läßt, und er wird abgeschaltet während
einer AUS-Periode, in der der elektrische Stromfluß unterbro
chen ist.
Wenn der Transistor 2 seinen Zustand von EIN nach AUS ändert,
so steigt die Spannung S6 ungefähr auf 300 Volt an, und zwar
wegen der elektromotorischen Gegenkraft der Zündspule 1.
Diese Spannung ist gleich der Kollektor-Emitter-Spannung ent
sprechend dem Widerstand des Transistors 2. Die bei S6 er
zeugte Hochspannung ist in Abhängigkeit von dem Spulenwick
lungsverhältnis der Primärwicklung 1a zu dem der Sekundär
wicklung 1b multipliziert, wobei diese Spannung etwa 30 kV
auf der Sekundärseite erreicht, und ein Zündfunken wird in
der Zündspule 3 erzeugt. In diesem Augenblick fließt ein
elektrischer Strom mit maximal etwa 100 mA zu der Sekundär
seite der Zündspule 1 in Richtung des Pfeiles 3b. Wenn danach
der Spulenstrom auf Null abnimmt, so geht die Spannung bei S4
der Zündspule 3 auf die Spannung, die von dem Kondensator 5
gehalten wird, und ein Ionenstrom fließt in der Richtung des
Pfeiles 3b.
Die Spannung S2 an der Verbindung zwischen dem Kondensator 5
und der Diode 6 ist eine Spannung des invertierenden Eingan
ges des invertierenden Verstärkers, der aus dem Operations
verstärker 18 und einem Widerstand 19 gebildet ist. Wenn der
Operationsverstärker 18 normal arbeitet, ist die Spannung
gleich der nicht-invertierenden Eingangsspannung, die 0 Volt
beträgt. Es gibt zwei Typen von Fällen, in denen der Operati
onsverstärker 18 nicht normal arbeitet: einen Fall, in wel
chem der elektrische Strom in der Richtung des Pfeiles 3b
fließt, und einen anderen Fall, in welchem der elektrische
Strom in der Richtung des Pfeiles 3b zu groß ist und der Aus
gang des Operationsverstärkers 18 gesättigt ist.
Wenn der elektrische Strom in Richtung des Pfeiles 3b fließt,
so ist die Spannung bei S2 die Durchlaßspannung (0,7 Volt)
der ersten Diode 6. Wenn der elektrische Strom in Richtung
des Pfeiles 3b hoch ist und der Ausgang des Operationsver
stärkers 18 gesättigt ist, so leitet eine zweite Diode 17,
und die Spannung bei S2 nimmt um einen Betrag ab, welcher der
Durchlaßspannung entspricht. Wenn der Operationsverstärker 18
normal arbeitet, so bildet sich der Ionenstrom als Spannungs
abfall am Rückkopplungswiderstand aus, wird in ein Masse-Re
ferenzsignal umgewandelt, und dieses Signal wird abgegeben.
Wie sich aus der Wellenform der Spannung bei S2 entnehmen
läßt, nimmt bei einer derartigen Schaltungsanordnung die
Spannungsänderung bezüglich der Stromänderung auf der Nied
rigpotentialseite des Kondensators 5 ab. Wenn der Operations
verstärker 18 normal arbeitet, wird die Spannung bei S2 of
fensichtlich konstant, und wenn der Operationsverstärker 18
nicht normal arbeitet, wird sie bei der Durchlaßspannung der
Diode konstant. Das bedeutet, die Impedanz der Abtastschal
tung ist, von der Stelle S2 aus gesehen, extrem niedrig. Auf
grund dieses Effektes ist es möglich, die Impedanz der Schal
tung zu verringern und infolgedessen die Toleranz gegenüber
Fehlfunktionen beträchtlich zu erhöhen, welche durch die
Streukapazität und die Impedanz der Schaltung hervorgerufen
werden, ohne die Strom/Spannungs-Umwandlungscharakteristik,
also die Abtastempfindlichkeit des Ionenstromes, zu ver
schlechtern.
Obwohl beim Stand der Technik Fehlfunktionen in der Schaltung
auftreten, wenn die Streukapazität etwa 200 pF beträgt, ist
die erfindungsgemäße Schaltung in der Lage, bei einer Streu
kapazität von ungefähr 2000 pF zu arbeiten, wobei die glei
che Abtastempfindlichkeit beibehalten werden kann, und es ist
möglich, eine ausreichende Toleranz gegenüber Fehlfunktionen
zu erzielen, die durch Streukapazitäten hervorgerufen werden,
welche in der Praxis erzeugt werden können.
Während bei der herkömmlichen Schaltung gemäß Fig. 20 eine
negative Spannung erzeugt wird und die Diode 6, der Wider
stand 7 und dergleichen nicht in einer monolithischen inte
grierten Schaltung montiert werden können, die mit einer ein
zigen Stromversorgung betrieben werden kann, ist es so, wenn
die Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet wird, daß die Diode 6
und die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b in eine monolithi
sche integrierte Schaltung integriert werden können, die mit
einer einzigen Stromversorgung betreibbar ist. Dadurch ist es
möglich, die Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 kompakt auszu
bilden.
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 hat den Vorteil, daß sie
nicht nur unempfindlich gegenüber den störenden Einflüssen
von Streukapazitäten ist, sondern auch den schädlichen Ein
fluß eines Dunkelstromes und eines Leckstromes vermeidet, was
nachstehend näher erläutert ist, und zwar einfach durch Hin
zufügen einer sehr einfachen Schaltung.
Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Beispiel der Verbindung zwischen
der Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 und dem Zündsystem der
Brennkraftmaschine. Fig. 4 zeigt ein Verbindungsbeispiel für
die Niederspannungsverteilung der Brennkraftmaschine, während
Fig. 5 ein Verbindungsbeispiel der Hochspannungsverteilung
der Brennkraftmaschine zeigt.
In Fig. 4 bezeichnen die Bezugszeichen 3c bis 3f Zündkerzen
für vier Zylinder einer Brennkraftmaschine; die Bezugszeichen
1c bis 1f bezeichnen die entsprechenden Zündspulen für diese
Zündkerzen 3c bis 3f; die Bezugszeichen 2a bis 2d bezeichnen
Transistoren zum Schalten des elektrischen Stromes auf der
Primärseite der jeweiligen Zündspulen 1c bis 1f. In Fig. 5
bezeichnen die Bezugszeichen 56a bis 56d Dioden zur Abtastung
des Ionenstromes. Das Bezugszeichen 57 bezeichnet einen Zünd
verteiler.
Die Fig. 4 und 5 zeigen Beispiele, bei denen die Zündausset
zer-Abtastschaltung Anwendung findet auf eine Vierzylinderma
schine, wobei auch dargestellt ist, daß es möglich ist, die
Ionenstromabtastung für vier Zylinder mit einer einzigen
Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 durchzuführen. Da bei einer
Maschine mit fünf oder mehr Zylindern der Verbrennungszyklus
bzw. dessen Intervalle kürzer wird, werden die Zylinder so
gruppiert, daß der Verbrennungszyklus bzw. dessen Intervalle
lang werden, und es werden zwei oder mehr Zündaussetzer-Ab
tastschaltungen verwendet.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel, in welchem die Zündaussetzer-Ab
tastschaltung an ein Zündsystem für die gleichzeitige Zündung
von zwei Zylindern angeschlossen ist, wobei außerdem darge
stellt ist, daß ein elektrischer Zündfunken auf beiden Seiten
einer Hochspannung hervorgerufen wird, die parallel zu den
beiden Polen der Sekundärseite der Zündspule erzeugt wird.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, bezeichnen die Bezugszeichen 3g
und 3i jeweils eine Zündkerze, von der ein Zündfunken einer
negativen Spannung erzeugt wird; die Bezugszeichen 3h und 3j
bezeichnen jeweils eine Zündkerze, bei denen ein Zündfunken
einer positiven Spannung erzeugt wird. Dabei sind hochspan
nungsbeständige Dioden 62a und 62b zur Messung des Ionenstro
mes an die Zündkerzen 3h bzw. 3j angeschlossen.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 wird eine Vorspannung mit po
sitiver Polarität an den Kondensator 5 der Zündaussetzer-Ab
tastschaltung 90 angelegt (vgl. Fig. 1), und zwar von der
Primärseite der Zündspule über die Hochspannungsdioden 60a
und 60b sowie einen Widerstand 61, anstatt von der Sekundär
seite der Zündspule. Wie oben erläutert, kann die Zündausset
zer-Abtastschaltung 90 betrieben werden, indem man sie mit
elektrischem Strom von der Primärseite der Zündspule ver
sorgt, und zwar in Abhängigkeit von dem Verteilersystem. Das
bedeutet, das Laden des Kondensators 5 ist nicht beschränkt
auf die Zuführung von elektrischem Strom von der Sekundär
seite der Zündspule, sondern es kann auch von einer elektri
schen Stromquelle durchgeführt werden, die in der Lage ist,
eine Spannung zu erzeugen, die höher ist als die Begrenzungs
spannung der Zenerdiode 4, um die Spannung zu begrenzen, und
das Verfahren ist nicht entsprechend beschränkt.
Das Beispiel der Verbindung zwischen der Zündaussetzer-Ab
tastschaltung 90 und dem Zündsystem gemäß den Fig. 4 bis 6
ist nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt; vielmehr
ist die gleiche Verbindung auch möglich bei der Zündausset
zer-Abtastschaltung für jede andere Ausführungsform, die
nachstehend erläutert sind.
Fig. 7 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung der Strom/Span
nungs-Wandlereinheit 9b gemäß Fig. 2 der Zündaussetzer-Ab
tastschaltung 90 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Er
findung. Die Schaltung, um eine irrtümliche Abtastung oder
Messung des Ionenstromes aufgrund des Einflusses eines Dun
kelstromes bei der zweiten Ausführungsform zu verhindern, ist
in der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b angeordnet.
Die Komponenten 18 bis 20 in Fig. 7 sind die gleichen wie in
Fig. 1. Die Bezugszeichen 21a und 21b bezeichnen Eingangswi
derstände des Operationsverstärkers 18. Das Bezugszeichen 22
bezeichnet einen Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers
18, der verwendet wird, um den Spannungspegel abzusenken,
wenn das Ausgangssignal auf niedrigem Pegel oder L-Pegel ist.
Das Bezugszeichen 35b bezeichnet eine Rückkopplungsschaltung
zum Entfernen von Dunkelströmen. Das Bezugszeichen 35 be
zeichnet eine Diode, die Bezugszeichen 29, 31 und 34 bezeich
nen Widerstände; das Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Kon
densator, das Bezugszeichen 35a bezeichnet einen NPN-Transi
stor, und das Bezugszeichen 8a bezeichnet eine Stromversor
gung.
Die Fig. 8 und 9 zeigen Wellenformen an den Stellen S10 bis
S13 der Schaltung gemäß Fig. 7. Fig. 9 zeigt ein Wellenform
diagramm, wenn die Maschine bei hohen Drehzahlen arbeitet. In
Fig. 9 bezeichnet S12 einen Ionenstrom, und die Richtung des
Pfeiles in Fig. 7 wird als Vorwärtsrichtung angenommen. Die
Bezugszeichen S13 und S14 bezeichnen jeweils elektrische
Ströme der Rückkopplungsschaltung. Das Bezugszeichen S10 be
zeichnet das Ausgangssignal der Strom/Spannungs-Wandlerein
heit 9b. Das Bezugszeichen S10a bezeichnet das Ausgangssignal
der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b, wenn eine Rückkopp
lungsschaltung 35b zum Entfernen des Dunkelstromes nicht vor
gesehen ist. Das Bezugszeichen S11 bezeichnet die Spannung
des Kondensators 33.
Wie in Fig. 8 dargestellt, wird der Verbrennungszyklus lang,
wenn die Drehzahl der Maschine klein ist. Der Absolutwert des
Ionenstromes nimmt in Abhängigkeit von der Abnahme der Dreh
zahl ab. Andererseits wird, wie in Fig. 9 dargestellt, der
Verbrennungszyklus kurz, und der Absolutwert des Ionenstromes
nimmt zu, wenn die Drehzahl der Maschine hoch ist.
Als nächstes wird der Betrieb der Schaltung unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert. Wenn angenommen wird,
daß ein Ionenstrom S12 fließt und der Rückkopplungsstrom S13
Null ist, so ist der Ionenstrom S12 gleich dem Rückkopplungs
strom S14. Da das elektrische Potential an der Stelle S15 auf
der Seite des invertierenden Einganges des Operationsverstär
kers 18 offensichtlich 0 Volt wird, wird das Ausgangssignal
der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b bestimmt durch das Pro
dukt des Rückkopplungsstromes S14 und des Rückkopplungswider
standes 19.
Wenn jedoch der Rückkopplungsstrom S13 der Rückkopplungs
schaltung 35b zum Entfernen des Dunkelstromes positiv ist, so
wird der Rückkopplungsstrom S14 ein solcher Strom, daß der
Rückkopplungsstrom S13 aus dem Ionenstrom S12 entfernt wird,
und infolgedessen nimmt die Ausgangsspannung ab. Die elektri
sche Stromstärke des Rückkopplungsstromes S13 hängt von den
Werten der an der Stelle S11 gehaltenen Spannung des Konden
sators 33 und eines Widerstandes 29 ab, und der Rückkopp
lungsstrom S13 nimmt auch in Abhängigkeit von der Zunahme an
der Stelle S11 zu.
Wenn das Ausgangssignal an der Stelle S10 ansteigt, so steigt
das elektrische Potential bei S11 an, weil der Kondensator 33
durch einen Widerstand 34 geladen wird. Das bedeutet, es wird
eine negative Rückkopplungsschaltung oder Gegenkopplungs
schaltung gebildet, so daß dann, wenn das elektrische Poten
tial am Ausgang S10 ansteigt, auch S13 ansteigt und infolge
dessen das elektrische Potential am Ausgang S10 abnimmt.
Der Kondensator 33, die Widerstände 29, 31 und 34 und der
gleichen werden jeweils so gewählt oder eingestellt, daß die
Rückkopplungsschaltung 35b zum Beseitigen des Dunkelstromes
bei kleinen Drehzahlen abgeschaltet und bei hohen Drehzahlen
eingeschaltet wird. Wie sich aus Fig. 8 entnehmen läßt, hat
das Ausgangssignal einen bestimmten Wert, und wenn das Aus
gangssignal klein ist und die Drehzahl klein ist, so ist der
Dunkelstrom zum Zeitpunkt eines Zündaussetzers klein. Somit
kann die Wirkung der Schaltung der Rückkopplungsschaltung 35b
zum Entfernen des Dunkelstromes klein sein.
Da gemäß Fig. 9 bei hohen Drehzahlen das Ausgangssignal groß
ist und der Dunkelstrom groß ist, wird dann, wenn die Rück
kopplungsschaltung 35b zum Entfernen des Dunkelstromes nicht
vorgesehen ist, ein Signal aufgrund des Dunkelstromes im Aus
gangssignal bei S10a erzeugt, wenn ein Zündaussetzer auf
tritt. Wenn jedoch die Rückkopplungsschaltung 35b zum Entfer
nen des Dunkelstromes arbeitet, so fließt der Rückkopplungs
strom in der Weise, wie es bei der Wellenform gemäß S13 dar
gestellt ist, und infolgedessen ist es möglich, den Dunkel
strom nicht zu messen. Bei der Wellenform gemäß S10 ist der
Dunkelstrom entfernt.
Infolgedessen ist es möglich, Zündaussetzer für einen weiten
Bereich von Drehzahlen der Maschine genau zu messen bzw. ab
zutasten.
Fig. 10 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung der Strom/Span
nungs-Wandlereinheit 9b und der Wellenformeinheit 9c gemäß
Fig. 2 der Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 gemäß einer drit
ten Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltung dieser drit
ten Ausführungsform weist ferner eine Wellenformgebungsschal
tung auf, um die irrtümliche Abtastung eines Ionenstromes
aufgrund des Einflusses von Leckströmen zu verhindern.
In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen 9a eine Ionenstrom-
Abtasteinheit, und das Bezugszeichen 9c bezeichnet eine Wel
lenformeinheit. Die Fig. 11 und 12 zeigen Wellenformdiagramme
für die Stellen S21 bis S26 der Schaltung gemäß Fig. 10. Fig.
11 zeigt ein Wellenformdiagramm, wenn kein Leckstrom vor
liegt, während Fig. 12 ein Wellenformdiagramm zeigt, wenn ein
Leckstrom vorhanden ist.
In der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b gemäß Fig. 10 sind
die Komponenten 17 bis 20 die gleichen wie bei den oben be
schriebenen Ausführungsformen. Eine Rückkopplungsschaltung
35c zur Kompensation von Leckströmen ist an den Bereich ange
schlossen, in welchem dieser Strom in eine Spannung umgewan
delt wird. Die Rückkopplungsschaltung 35c zur Kompensation
von Leckströmen weist folgendes auf: einen Komparator 52a, um
das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 18 mit einer Re
ferenzspannung von einer Referenzspannungsquelle 65a zu ver
gleichen, einen Kondensator 51a und eine Konstantstrom-
Lade/Entladeschaltung 63 des Kondensators 51a.
Die Wellenformschaltung 9c weist folgendes auf: einen Kompa
rator 52a zum Vergleichen des Ausgangssignals des Operations
verstärkers 18 mit einer Referenzspannung von der Referenz
spannungsquelle 65a, einen Kondensator 51b und eine Konstant
strom-Lade/Entladeschaltung 64 für den Kondensator 51b sowie
eine Leckstrom-Filterschaltung, die von einem Komparator 52b
gebildet wird, um die Spannung des Kondensators 51b mit einer
Referenzspannung von einer Referenzspannungsquelle 65b zu
vergleichen. Das bedeutet, der Komparator 52a wird gemeinsam
von der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9a und der Wellenform
schaltung 9c verwendet.
Wenn eine Widerstandsleckcharakteristik zwischen der Zünd
kerze und Masse erzeugt wird, so fließt ein Leckstrom ILK
(A), und es ist eine Relation RLK × ILK = VIB erfüllt, wobei
eine Vorspannung zum Messen des Ionenstromes mit VIB (Volt)
bezeichnet ist und der Widerstandswert des Lecks, also der
Widerstandswert aufgrund des Spaltes zwischen der Zündkerze
und der Masse, wenn der elektrische Strom zwischen der Zünd
kerze und Masse fließt, hat den Wert RLK (Ohm). Wenn die Ka
pazität des Kondensators 5 mit CIB (Farad) bezeichnet ist, so
hat der Leckstrom eine Entladungscharakteristik, welche durch
die Zeitkonstante von CIB × RLK (Sekunden) bestimmt ist, und
dieser Strom kann als Gleichstrom betrachtet werden, wenn er
ausreichend hoch bezüglich des Verbrennungszyklus T (Sekun
den) ist. Durch Vergleichen der Wellenformen von S21 in den
Fig. 11 und 12 ist festzustellen, daß die Gleichstromkompo
nenten der Ionenstromwellenform zunehmen.
Wenn bei dem Ionenstrom der Strom in eine Spannung umgewan
delt und mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird
und wenn der in Fig. 12 dargestellte Leckstrom enthalten ist,
so besteht die Möglichkeit, daß eine irrtümliche Abtastung
durchgeführt wird, und zwar aufgrund des Einflusses des Leck
stromes, unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit des
Ionenstromes.
Die Rückkopplungsschaltung 35c zur Kompensation von Leckströ
men gemäß Fig. 10 wird der Schaltung gemäß der ersten Ausfüh
rungsform in Fig. 1 hinzugefügt, die oben beschrieben ist, um
die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b zu realisieren. Die
Rückkopplungsschaltung 35c zur Kompensation von Leckströmen
ist so ausgebildet, daß sie eine Steuerung bewirkt, derart,
daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 18 nicht die
Schwellwertspannung überschreitet, die durch eine Spannung
S27 der Referenzspannungsquelle 65a bestimmt ist.
Im folgenden wird auf Fig. 11 Bezug genommen. Wenn ein Ionen
strom erzeugt wird, so steigt das Ausgangssignal S23 vom Ope
rationsverstärker 18 an und überschreitet den Schwellwert,
der durch die Spannung S27 der Referenzspannungsquelle 65a
bestimmt ist, die Spannung S22 des Kondensators 51a steigt
an, und der Rückkopplungsstrom wächst. Es ist jedoch wichtig,
daß die Regelgeschwindigkeit der Rückkopplungsschaltung 35c
kleiner ist als die Änderung des Ionenstromes mit der Zeit,
und die Abtastung wird in der Weise durchgeführt, daß sie
nicht der Ionenstrom-Wellenform folgt (sie folgt nur dem
Leckstrom, der viele Gleichstromkomponenten hat).
Wie sich aus Fig. 11 bei S24 entnehmen läßt, erreicht eine
Spannung S24 als Ausgangssignal des Komparators 52a einen ho
hen Pegel oder H-Pegel, während der Ionenstrom erzeugt wird,
und infolgedessen nimmt die Spannung S25 des Kondensators 51b
der Wellenformeinheit 9c zu. Wenn die Spannung S25 eine Span
nung S28 der Referenzspannungsquelle 65b überschreitet, so
steigt das Ausgangssignal S26 des Komparators 52b an und er
reicht einen H-Pegel. Die Wellenformeinheit 9c filtert den
Ionenstrom von einer festen Periode oder mehreren und liefert
ihn als Ausgangssignal, d. h. der durch einen Leckstrom her
vorgerufene Ionenstrom wird entfernt.
Wenn ein Leckstrom erzeugt wird, so nehmen die Gleichspan
nungskomponenten der Spannung S22 des Kondensators 51a der
Rückkopplungsschaltung 35c zu, wie es bei der Wellenform S22
in Fig. 12 dargestellt ist, und die Rückkopplungsschaltung
35c liefert den elektrischen Strom für den Leckstrom. Wenn
der Leckstrom erzeugt wird und kein Ionenstrom vorhanden ist,
so ist die Spannung S23 als Ausgangssignal des Operationsver
stärkers 18 gleich S27, und die Spannung S24, also das Aus
gangssignal des Komparators 52a, ist in einem oszillierenden
Zustand.
Wenn das Tastverhältnis in einem oszillierenden Zustand
gleich dem Verhältnis zwischen dem Ladestrom des Kondensators
51a und seinem Entladestrom ist und wenn das Verhältnis von
dem Ladestrom des Kondensators 51a zu seinem Entladestrom in
der Weise eingestellt ist, daß der Entladestrom größer ist,
so kann der obige Zustand, in welchem der Leckstrom kompen
siert wird, bestimmt werden als ein Zustand, in welchem kein
Ionenstrom vorliegt.
Wenn der Strom einer Konstantstromquelle 50a stärker zunimmt
als der Strom einer Konstantstromquelle 50b in der Konstant
strom-Lade/Entladeschaltung 63, so nimmt der Entladestrom zu,
und die Entladungszeit wird kurz. Wenn andererseits der Strom
der Konstantstromquelle 50a weniger abnimmt als der Strom der
Konstantstromquelle 50b, so nimmt der Ladestrom zu und die
Ladezeit wird kurz.
Ebenso gilt: Wenn der Strom einer Konstantstromquelle 50c
stärker ansteigt als der Strom einer Konstantstromquelle 50d,
so nimmt der Entladestrom zu und die Entladungszeit wird
kurz. Wenn andererseits der Strom der Konstantstromquelle 50c
weniger abnimmt als der Strom der Konstantstromquelle 50d, so
nimmt der Ladestrom zu und die Ladezeit wird kurz.
Wenn weiterhin die Vorgabe des Entladestromes des Kondensa
tors 51a und die Kapazität des Kondensators eingestellt ist,
so können die gleichen Vorteile wie bei der zweiten Ausfüh
rungsform erzielt werden.
Obwohl bei der Schaltung gemäß Fig. 10 der Komparator 52a ge
meinsam von der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b und der
Wellenformeinheit 9c genutzt wird, können die Komparatoren
für die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b und für die Wellen
formeinheit 9c auch separat auf der Ausgangsseite des Opera
tionsverstärkers 18 vorgesehen sein.
Fig. 13 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionen
strom-Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 2 der Zündaussetzer-Abtast
schaltung 90 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfin
dung. In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 44 einen NPN-
Transistor, der zwischen die Elektrode auf der Hochpotential
seite des Kondensators 5 und Masse geschaltet ist, wobei der
Emitter mit Masse verbunden ist. Das Bezugszeichen 4a be
zeichnet eine Zenerdiode, die ein spannungsbegrenzendes Ele
ment darstellt, wobei diese Diode zusammen mit dem NPN-Tran
sistor 44 eine Spannungsbegrenzungsschaltung bildet, um die
Ladespannung des Kondensators 5 zu begrenzen. Ein Widerstand
42 und ein Kondensator 43 bilden eine Schaltung, um eine Os
zillation zu verhindern, wobei diese Schaltung die Spannungs
begrenzungsstabilität verbessert.
Wenn eine Schaltung in der Praxis realisiert wird, gilt fol
gendes: Je höher der Spannungsbegrenzungswert ist, desto grö
ßer werden die Leistungsverluste, die beim Laden des Konden
sators auftreten. Somit ist es erforderlich, ein Bauelement
mit einer ausreichend hohen Nennleistung zu verwenden, um die
Hitze auszuhalten, die durch den Energieverlust erzeugt wird.
Es ist jedoch schwierig, eine Diode zu erhalten, die eine
hohe Nennleistung hat, was Probleme mit sich bringt.
Die Schaltung gemäß Fig. 13 realisiert vergleichbare Funktio
nen unter Verwendung von Transistoren. Ein Transistor 44 hat
einen höheren Kollektor-Emitter-Spannungswiderstand als der
Spannungswiderstand einer Zenerdiode 4a, wobei die Zenerdiode
4a zwischen den Kollektor und die Basis geschaltet ist. Wenn
infolgedessen die Sperrspannung, die an die Zenerdiode 4a an
gelegt wird, ihre Widerstandsspannung überschreitet, so
fließt ein Sperrstrom und bewirkt, daß der Transistor 44 ein
geschaltet wird, so daß ein elektrischer Strom von dem Kol
lektor des Transistors 44 zu seinem Emitter fließt. Somit
werden Leistungsverluste reduziert, die in der Zenerdiode 4a
auftreten. Infolgedessen ist eine Zenerdiode mit einer klei
neren Nennleistung erforderlich.
Die Schaltung zur Verhinderung von Oszillationen, die von dem
Widerstand 42 und dem Kondensator 43 gebildet wird, hängt von
den Eigenschaften und Charakteristiken der Zenerdiode 4a und
des Transistors 44 ab und braucht nicht verwendet zu werden,
wenn es nicht erforderlich ist.
Fig. 14 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionen
strom-Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 2 der Zündaussetzer-Abtast
schaltung 90 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfin
dung. Diese Schaltung ist zusätzlich zu der Schaltung gemäß
der vierten Ausführungsform in Fig. 13 eine Schaltung, bei
der der Leckstrom zwischen dem Kollektor und dem Emitter des
Transistors 44 reduziert wird. Der Emitter des Transistors 44
ist ständig mit einer Spannung mit positiver Polarität von
einer Stromquelle 46 vorgespannt, und die Basis ist über
einen Widerstand 45 mit Masse verbunden. Auf diese Weise ist
der Bereich zwischen der Basis und dem Emitter umgekehrt vor
gespannt, so daß der Leckstrom des Kollektors reduziert wird.
Das bedeutet, es wird verhindert, daß der elektrische Strom,
der aus dem geladenen Kondensator 5 fließt, als Leckstrom zu
dem Kollektor des Transistors 44 fließt und somit in der
Schaltung die Abtastung des Ionenstromes beeinträchtigt.
Die Stromversorgung 46 und der Widerstand 45 bilden eine
Schaltung, die einen Kollektorleckstrom verhindert. Der Tran
sistor 44 kann in Form einer nicht dargestellten Darlington-
Transistorschaltung vorgesehen sein.
Fig. 15 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung der Ionenstrom-
Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 2 der Zündaussetzer-Abtastschal
tung 90 gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Obwohl bei sämtlichen der oben beschriebenen Ausführungsfor
men die Kathode der Diode 6 mit Masse verbunden ist, kann die
Kathode der Diode 6 auch auf anderen elektrischen Potentialen
liegen, beispielsweise mit einer Stromversorgung oder der
gleichen verbunden sein.
Die Schaltung gemäß Fig. 15 benötigt keine Stromversorgung,
um die Zündaussetzer-Abtastschaltung durch Variation der Ver
bindung der Diode 6 zu treiben, und ist in der Lage, einen
Ionenstrom mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu messen. Der
Kondensator 5 und die Zenerdiode 4 dienen zur Messung des
Ionenstromes, während mit dem Bezugszeichen 54 ein Kondensa
tor für eine Stromversorgung der Schaltung bezeichnet ist;
mit dem Bezugszeichen 53 ist eine Zenerdiode für die Strom
versorgung der Schaltung bezeichnet, wobei es sich um eine
Spannungsbegrenzungsschaltung für eine Stromversorgung der
Schaltung handelt. Der Kondensator 54 für die Stromversorgung
wird mit dem elektrischen Strom geladen, der beispielsweise
zum Zeitpunkt der Zündung erzeugt wird, und zwar in gleicher
Weise wie der Kondensator 5 zur Messung des Ionenstromes, und
die genannte Schaltung wird durch die Zenerdiode 53 für die
Stromversorgung der Schaltung begrenzt.
Der Kondensator 54 sowie die Zenerdiode 53, die eine Span
nungsbegrenzungsschaltung für die Stromversorgung der Schal
tung bildet, stellen eine Stromversorgungsschaltung dar.
Fig. 16 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels
der Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 unter Verwendung der
Ionenstrom-Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 15. Fig. 17 zeigt ein
Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wellenformen an den
Stellen S31 bis S38 der Schaltung gemäß Fig. 16. In der
Schaltung gemäß Fig. 16 werden die Spannung zur Messung des
Ionenstromes und die Spannung zum Treiben der Zündaussetzer-
Abtastschaltung 90 in entsprechende Kondensatoren geladen,
und zwar durch Verwendung des Stromes, der zum Zeitpunkt der
Zündung erzeugt wird, und nachdem die Zündung beendet ist,
wird dafür gesorgt, daß die Schaltung für eine feste Zeit
spanne arbeitet, so daß der Ionenstrom gemessen wird.
Die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b und die Wellenformein
heit 9c sind die gleichen wie bei der Schaltung gemäß Fig.
10. Als Gegenmaßnahme für einen Fall, in welchem die Spannung
des Kondensators 54 für eine Stromversorgung der Schaltung
aufgrund einer Entladung abnimmt, ist eine binäre Ausgangs
schaltung 70 zusätzlich in dieser Schaltung vorgesehen, wobei
diese Ausgangsschaltung eine das Ausgangssignal begrenzende
Einheit 9d bildet, wobei das Ausgangssignal dann, wenn die
Spannung der Stromversorgungsschaltung für die Schaltung un
ter einer vorgegebenen Spannung ist, entgegengesetzt zu dem
Ausgangssignal ist, wenn die Spannung des Ionenstromes gemes
sen wird.
In Fig. 17 bezeichnet das Bezugszeichen S31 den ankommenden
elektrischen Strom der Zündaussetzer-Abtastschaltung. Der ne
gative Strom ist ein Strom in einer Richtung, in der er in
die Schaltung fließt, wobei der Strom zum Zeitpunkt der Zün
dung erzeugt wird, und der positive Strom ist ein Strom in
einer Richtung, in der er aus der Schaltung fließt, was durch
den Ionenstrom hervorgerufen wird.
Die Kondensatoren 5 und 54 werden durch den negativen Strom
geladen, der zum Zeitpunkt der Zündung erzeugt wird, und ihre
Spannungen werden mit den Zenerdioden 4 bzw. 53 begrenzt.
Wenn die Zenerspannungen der Zenerdioden 4 und 53 mit VZ4
bzw. VZ53 bezeichnet werden, so wird die Relation VZ4 + VZ53
bei S32 erfüllt. Die Spannung an der Stelle S34 ist eine
Spannung, die um die Durchlaßspannung der Diode 6 höher ist
als an der Stelle S33, wenn der Kondensator 5 geladen wird.
Wenn jedoch das Laden des Kondensators beendet ist, geht sie
auf 0 Volt oder weniger als 0 Volt durch die Durchlaßspannung
der Diode 17, und zwar durch den Betrieb der Strom/Spannungs-
Wandlereinheit 9b.
Somit hat die Spannung an der Stelle S32 den Wert VZ4 + VZ53
zum Zündzeitpunkt und wird zu VZ4, wenn der Ionenstrom gemes
sen wird. Die Spannung an der Stelle S33 ist eine Spannung,
die von dem Kondensator 54 gehalten wird; sie erreicht ein
Maximum von VZ53 zum Zündzeitpunkt und nimmt aufgrund des
verbrauchten Stromes der Schaltung ab, wenn der Ionenstrom
gemessen wird. Wenn die minimale Betriebsspannung der
Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 mit VCCV bezeichnet wird, so
werden der Kondensator 54 und der Schaltungsstromverbrauch so
vorgegeben, daß angenommen wird, daß der Ionenstrom in einer
Periode gemessen wird, in der die Spannung an der Stelle S33
höher ist als VCCV.
Für die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b und die Wellen
formeinheit 9c können die Schaltungen gemäß den ersten bis
dritten Ausführungsformen oder andere vergleichbare Schaltun
gen verwendet werden. Für das Schaltungsausgangssignal ist es
jedoch bevorzugt, daß das Ausgangssignal dann, wenn die
Schaltungsversorgungsspannung der Energieversorgungsschaltung
für die Schaltung (also die Spannung von der Quelle 55 in
Fig. 15) den Wert VCCV oder weniger hat, gleich dem Ausgangs
signal ist, wenn der Ionenstrom nicht gemessen wird, und ein
entgegengesetztes Ausgangssignal ist, wenn der Ionenstrom ge
messen wird. Es ist auch bevorzugt, daß die Ausgangssignal-
Begrenzungseinheit 9d gemäß Fig. 16 an der Ausgangsseite der
Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 vorgesehen ist. Es versteht
sich von selbst, daß die Spannung von jeder Referenzspan
nungsquelle in der Schaltung jeweils auf der Basis der Span
nung der Energieversorgungsschaltung für die Schaltung er
zeugt wird.
Da bei der oben beschriebenen Konstruktion die Stromversor
gung zum Treiben der Schaltung nicht mehr erforderlich ist,
werden die Kosten aufgrund der Reduzierung der Verdrahtung
verringert und zugleich wird der Freiheitsgrad hinsichtlich
der Anordnung in der Vorrichtung verbessert, welche die
Zündaussetzer-Abtastschaltung enthält. Da weiterhin eine Ge
genmaßnahme für einen Spannungsstoß, der auf der Versorgungs
leitung überlagert ist, und eine Gegenmaßnahme für einen irr
tümlichen umgekehrten Batterieanschluß unnötig werden, wir
das Leistungsvermögen gegenüber der Umgebung verbessert. Da
weiterhin die Schaltung als Schaltung ausgebildet ist, die
durch den elektrischen Strom arbeitet, der zum Zündzeitpunkt
fließt, arbeitet sie nicht versehentlich im Stand-by-Betrieb,
und somit wird die Zuverlässigkeit des Systems ebenfalls ver
bessert.
Die Schaltung der Ionenstrom-Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 15
kann so gewählt sein, daß die Dioden 4 und 53 separat ange
schlossen sind, wie es in Fig. 18 dargestellt ist. Die Zener
diode 4 kann gemäß der Darstellung in Fig. 19 bei einer
Schaltung verändert werden, welche einen Transistor 44 gemäß
Fig. 14 verwendet. Außerdem kann die Zenerdiode 53 in jeder
dieser Schaltungen auch durch andere Elemente oder Schaltun
gen ersetzt werden, um die Spannung des Kondensators 54 zu
begrenzen.
Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung die Strom/Spannungs-Wandlereinheit von
einer Schaltung gebildet wird, die eine kleine Eingangsimpe
danz hat, wird die durch die Streukapazität und den Wider
standswert der Schaltung bestimmte Zeitkonstante verringert,
und eine irrtümliche Messung bzw. Abtastung aufgrund des Ein
flusses der Streukapazität wird verhindert, ohne die
Strom/Spannungs-Umwandlungscharakteristik bzw. die Abtastemp
findlichkeit zu verschlechtern. Somit ist es möglich, eine
Zündaussetzer-Abtastschaltung mit verbesserter Zuverlässig
keit zu erhalten.
Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung eine Rückkopplungsschaltung zum Beseiti
gen des Dunkelstromes als Gegenmaßnahme vorgesehen ist, wobei
die Schaltung bei kleinen Drehzahlen abgeschaltet wird, bei
denen das Ausgangssignal vom Operationsverstärker klein ist,
und bei größeren Drehzahlen eingeschaltet wird, bei denen das
Ausgangssignal vom Operationsverstärker groß ist, wird eine
irrtümliche Abtastung oder Messung aufgrund des Dunkelstromes
verhindert. Somit ist es möglich, eine Zündaussetzer-Abtast
schaltung anzugeben, die eine hohe Zuverlässigkeit hat und
die in der Lage ist, in einem breiten Drehzahlbereich der Ma
schine zu arbeiten.
Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung eine Rückkopplungsschaltung zum Aus
gleich von Leckströmen in der Strom/Spannungs-Wandlereinheit
vorgesehen und zwischen den Ausgang und den invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers geschaltet ist, um den
Rückkopplungsstrom zuzuführen, der dem Leckstrom entspricht,
und da eine Leckstrom-Filterschaltung, welche an den Ausgang
des Operationsverstärkers angeschlossen ist, um den Leckstrom
zu entfernen, in der Wellenformeinheit vorgesehen ist, kann
eine irrtümliche Messung aufgrund des Einflusses des Leck
stromes verhindert werden. Somit ist es möglich, eine
Zündaussetzer-Abtastschaltung mit verbesserter Zuverlässig
keit zur Verfügung zu stellen.
In der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem vierten Aspekt
der Erfindung wird eine Spannungsbegrenzungsschaltung zur Be
grenzung der Spannung des Kondensators der Ionenstrom-Abtast
einrichtung von einem Transistor, der einen mit Masse verbun
denen Emitter hat und zwischen die Hochpotentialseite des
Kondensators und Masse geschaltet ist, und einem Spannungsbe
grenzungselement gebildet, das zwischen den Kollektor und die
Basis des Transistors geschaltet ist, so daß der Transistor
eingeschaltet wird, wenn eine Sperrstrom aufgrund einer
Sperrspannung durch das spannungsbegrenzende Element fließt,
und somit kann der Energieverlust des spannungsbegrenzenden
Elementes verringert werden. Somit ist es möglich, eine
Zündaussetzer-Abtastschaltung zur Verfügung zu stellen, die
kein spannungsbegrenzendes Element mit einer hohen Nennlei
stung erfordert, leichter herzustellen ist und geringere Her
stellungskosten erfordert.
Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem fünften
Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu dem vierten Aspekt der
Erfindung in der Spannungsbegrenzungsschaltung eine Schaltung
vorgesehen, um einen Kollektorleckstrom zu verhindern, wobei
stets eine Spannung mit positiver Polarität an den Emitter
des Transistors angelegt wird, so daß der Leckstrom, der von
dem Kondensator zu dem Kollektor des Transistors fließt, ver
hindert wird, wenn der Ionenstrom gemessen wird. Somit ist es
möglich, eine Zündaussetzer-Abtastschaltung anzugeben, bei
der keine irrtümliche Abtastung eines Ionenstromes aufgrund
eines Leckstromes erfolgt, so daß sie eine verbesserte Zuver
lässigkeit besitzt.
Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem sechsten
Aspekt der Erfindung zusätzlich zu dem Kondensator zur Mes
sung des Ionenstromes und einer Spannungsbegrenzungsschaltung
eine Stromversorgungsschaltung für die Schaltung, die von ei
nem Kondensator für die Energieversorgung gebildet wird, der
mit elektrischem Strom von außen in gleicher Weise wie der
Kondensator zur Messung des Ionenstromes geladen wird, sowie
eine Spannungsbegrenzungsschaltung für die Energieversorgung
in der Ionenstrom-Abtastschaltung in der Ionenstrom-Abtast
einheit vorgesehen sind, ist eine Schaltungsenergieversorgung
nicht erforderlich. Somit ist es möglich, eine Zündaussetzer-
Abtastschaltung mit zahlreichen Vorteilen anzugeben, unter
anderem mit dem Vorteil des verbesserten Freiheitsgrades hin
sichtlich der Anordnung derselben.
Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem siebenten
Aspekt der Erfindung eine Ausgangssignal-Begrenzungseinrich
tung zusätzlich zu dem sechsten Aspekt der Erfindung an der
Ausgangsseite der Zündaussetzer-Abtastschaltung vorgesehen
ist, um das Ausgangssignal der Schaltung zu begrenzen, wenn
die Spannung der Energieversorgungsschaltung für die Schal
tung unter einen vorgegebenen Wert abfällt, wird eine irrtüm
liche Messung aufgrund der Tatsache verhindert, daß die Span
nung der Energieversorgungsschaltung für die Schaltung ab
nimmt. Somit ist es möglich, auch diesbezüglich eine Zündaus
setzer-Abtastschaltung mit verbesserter Zuverlässigkeit an
zugeben.
Es darf darauf hingewiesen werden, daß die Baugruppen und
Komponenten, die im Zusammenhang mit den verschiedenen Aus
führungsformen der Erfindung erläutert worden sind, selbst
verständlich auch in beliebigen Kombinationen miteinander in
weiteren Ausführungsformen gemäß der Erfindung zum Einsatz
gelangen können. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß zur
gleichen Zeit mehrere störende Einflüsse durch Streukapazitä
ten, Leckströme und Dunkelströme beseitigt werden, so daß
sich insgesamt eine sehr zuverlässige und kompakt realisier
bare Zündaussetzer-Abtastschaltung ergibt.
Claims (9)
1. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine
Brennkraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ionenstrom-Abtasteinrichtung (9a) vorgesehen
ist, um eine Spannung positiver Polarität an eine Zünd
kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule
gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität abzu
tasten, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird,
daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom negativer Polarität in eine Span nung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß die Ionenstrom-Abtasteinrichtung (9a) folgendes auf weist:
daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom negativer Polarität in eine Span nung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß die Ionenstrom-Abtasteinrichtung (9a) folgendes auf weist:
- - einen Kondensator (5), der durch einen elektrischen Strom von außen geladen wird, um die Spannung mit po sitiver Polarität zu halten,
- - eine Spannungsbegrenzungsschaltung (4), um die Span nung des Kondensators (5) zu begrenzen, und
- - eine erste Diode (6), die zwischen die Elektrode des Kondensators (5) auf der Niedrigpotentialseite und Masse geschaltet ist, um dafür zu sorgen, daß der elektrische Strom aus dem Kondensator (5) abfließt,
und daß die Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) folgen
des aufweist:
- - eine zweite Diode (17), die zwischen den Verbindungs punkt des Kondensators (5) mit der ersten Diode (6) und Masse geschaltet ist, so daß diese Kondensator seite zur Kathode wird, um dem Kondensator (5) elek trischen Strom zuzuführen, und
- - eine Schaltung mit kleiner Eingangsimpedanz mit einem Operationsverstärker (18), dessen invertierender Ein gang mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (5) und der ersten Diode (6) verbunden ist und dessen nicht-invertierender Eingang mit Masse verbunden ist, um den aus dem Kondensator (5) fließenden Ionenstrom in eine Spannung umzuwandeln, wobei eine irrtümliche Messung des Ionenstromes, die durch die Eingangsimpe danz und die Streukapazität in der Schaltung verur sacht wird, durch Verringerung der Eingangsimpedanz der Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) verhindert wird.
2. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine
Brennkraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist,
um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd
kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule
gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu
messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird,
daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln,
und daß die Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) einen Operationsverstärker (18), um den Ionenstrom in eine Spannung umzuwandeln, sowie eine Rückkopplungsschaltung (35b) zum Beseitigen eines Dunkelstromes aufweist, welche bei kleinen Drehzahlen abgeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (18) klein ist, und die bei hohen Drehzahlen eingeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (18) groß ist, so daß eine irrtümliche Messung des Ionenstro mes aufgrund eines Dunkelstromes verhindert wird.
daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln,
und daß die Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) einen Operationsverstärker (18), um den Ionenstrom in eine Spannung umzuwandeln, sowie eine Rückkopplungsschaltung (35b) zum Beseitigen eines Dunkelstromes aufweist, welche bei kleinen Drehzahlen abgeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (18) klein ist, und die bei hohen Drehzahlen eingeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (18) groß ist, so daß eine irrtümliche Messung des Ionenstro mes aufgrund eines Dunkelstromes verhindert wird.
3. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine
Brennkraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird,
daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß eine Wellenformeinheit (9c) vorgesehen ist, um das Ausgangssignal der Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) zu formen,
daß die Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) einen Operations verstärker (18), um den Ionenstrom in eine Spannung umzu wandeln, und eine Rückkopplungsschaltung (35c) zum Kom pensieren eines Leckstromes aufweist, die zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operationsver stärkers (18) geschaltet ist, um einen Rückkopplungsstrom zuzuführen, der dem Leckstrom entspricht, wobei die Wel lenformeinheit (9c) von einer Leckstrom-Filterschaltung gebildet ist, die an den Ausgang des Operationsverstär kers (18) angeschlossen ist, um den Leckstrom zu beseiti gen,
und daß das Ausgangssignal der Filterschaltung als Aus gangssignal der Zündaussetzer-Abtastschaltung (90) ver wendet wird, so daß eine irrtümliche Messung des Ionen stromes aufgrund des Leckstromes verhindert wird.
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird,
daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß eine Wellenformeinheit (9c) vorgesehen ist, um das Ausgangssignal der Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) zu formen,
daß die Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) einen Operations verstärker (18), um den Ionenstrom in eine Spannung umzu wandeln, und eine Rückkopplungsschaltung (35c) zum Kom pensieren eines Leckstromes aufweist, die zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operationsver stärkers (18) geschaltet ist, um einen Rückkopplungsstrom zuzuführen, der dem Leckstrom entspricht, wobei die Wel lenformeinheit (9c) von einer Leckstrom-Filterschaltung gebildet ist, die an den Ausgang des Operationsverstär kers (18) angeschlossen ist, um den Leckstrom zu beseiti gen,
und daß das Ausgangssignal der Filterschaltung als Aus gangssignal der Zündaussetzer-Abtastschaltung (90) ver wendet wird, so daß eine irrtümliche Messung des Ionen stromes aufgrund des Leckstromes verhindert wird.
4. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine
Brennkraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird, daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Strom mit negativer Polarität in eine Span nung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß die Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) folgendes auf weist:
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird, daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Strom mit negativer Polarität in eine Span nung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß die Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) folgendes auf weist:
- - einen Kondensator (5), der mit einem elektrischen Strom von außen geladen wird, um die Spannung mit po sitiver Polarität zu halten,
- - eine Diode (6), die zwischen die Elektrode des Konden sators (5) auf der Niedrigpotentialseite und Masse ge schaltet ist, um dafür zu sorgen, daß ein elektrischer Strom aus dem Kondensator (5) abfließt, und
- - eine Spannungsbegrenzungsschaltung (4a, 44), um die Spannung des Kondensators (5) zu begrenzen, wobei die Spannungsbegrenzungsschaltung (4a, 44) von einem Tran sistor (44), dessen Emitter mit Masse verbunden ist und der zwischen die Hochpotentialseite des Kondensa tors (5) und Masse geschaltet ist, sowie einem Span nungsbegrenzungselement (4a) gebildet ist, das zwi schen den Kollektor und die Basis des Transistors (44) geschaltet ist,
und daß der Transistor (44) eingeschaltet wird, wenn
aufgrund einer Sperrspannung ein Sperrstrom durch das
Spannungsbegrenzungselement (4a) fließt, so daß der Ener
gieverlust des Spannungsbegrenzungselementes (4a) redu
ziert wird.
5. Zündaussetzer-Abtastschaltung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsbegrenzungsschaltung der Ionenstrom-Ab
tasteinheit (9a) ferner eine Schaltung (45, 46) zur Un
terdrückung eines Kollektorleckstromes aufweist, um zu
verhindern, daß ein Leckstrom von dem Kondensator (5) zum
Kollektor des Transistors (44) fließt, indem ständig eine
Spannung mit positiver Polarität an den Emitter des Tran
sistors (44) angelegt wird.
6. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine
Brennkraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird, daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß die Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) folgendes auf weist:
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird, daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß die Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) folgendes auf weist:
- - einen Kondensator (5), der mit einem elektrischen Strom von außen geladen wird, um die Spannung mit po sitiver Polarität zu halten und um eine aus dem Ionen strom gewonnene Spannung zur Messung des Ionenstromes abzutasten,
- - eine Spannungsbegrenzungsschaltung (4) zur Begrenzung der Spannung des Kondensators (5),
- - eine erste Diode (6), deren Anode mit der Elektrode des Kondensators (5) auf der Niedrigpotentialseite verbunden ist, um dafür zu sorgen, daß ein elektri scher Strom aus dem Kondensator (5) abfließt, und
- - eine Energieversorgungsschaltung (53, 54) für den Schaltkreis, die von einem Kondensator (54), welcher durch einen elektrischen Strom von außen in gleicher Weise wie der Kondensator (5) zur Messung des Ionen stromes geladen wird und der dazu dient, eine Spannung mit positiver Polarität zu halten, und einer Span nungsbegrenzungsschaltung (53) gebildet wird, um die Spannung des Kondensators (54) zu begrenzen, derart, daß eine Schaltungsstromversorgung nicht erforderlich ist.
7. Schaltung nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch eine Ausgangssignal-Begrenzungsein
richtung (9d, 70), die an der Ausgangsseite der Zündaus
setzer-Abtastschaltung (90) vorgesehen ist, um das Aus
gangssignal der Schaltung zu begrenzen, wenn die Spannung
der Energieversorgungsschaltung für den Schaltkreis unter
einen vorgegebenen Wert abfällt.
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