DE19733355C2 - Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung, um den Verbrennungszustand eines Verbrennungsmotors zu erfassen, indem die Veränderungen der Menge von Ionen gemessen wird, die während der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor beobachtet werden, und betrifft insbesondere eine Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die in der Lage ist, eine Frühzündung oder ein Abfallen einer Vorspannung zu dem Zeitpunkt, wenn eine Zündspule mit Energie versorgt wird, zu verhindern, um so Steuerfehler zu vermeiden und um eine gute Vorspannung sicherzustellen, um einen Ionenstrom festzustellen, insbesondere in einem Verbrennungsmotor mit Niedrigspannungsverteilung.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Gewöhnlich wird in einem Verbrennungsmotor, der durch eine Vielzahl von Zylindern angetrieben wird, ein Kraftstoff- Luftgemisch, das aus Kraftstoff und Luft besteht und in den Verbrennungsraum von jedem Zylinder eingeführt worden ist, komprimiert, wenn ein Kolben sich nach oben bewegt wird, und eine Hochspannung für eine Zündung wird an eine die in der Verbrennungskammer angeordnete Zündkerze angelegt, um einen elektrischen Funken zu erzeugen, um das Kraftstoff- Luftgemisch zu zünden; die Explosivkraft, die erzeugt wird, wenn das Kraftstoff-Luftgemisch verbrannt wird, wird in die Kraft umgewandelt, die den Kolben herabdrückt und wird als eine Drehausgabe vom Verbrennungsmotor abgenommen.

Es ist bekannt, daß beim Stattfinden der Verbrennung in der Verbrennungskammer die Moleküle in der Verbrennungskammer ionisiert werden und daher ein Anlegen einer Vorspannung an Ionenstrom-Erfassungselektroden, die gewöhnlicherweise Zündkerzenelektroden sind und in der Verbrennungskammer angeordnet sind, bewirkt, daß Ionen mit elektrischen Ladungen sich in der Form eines Ionenstromes (ionischen Stromes) zwischen Zündkerzenelektroden bewegen.

Es ist auch bekannt, daß der Ionenstrom empfindlich auf den Verbrennungszustand in der Verbrennungskammer reagiert, was es möglich macht, einen Verbrennungszustand im Verbrennungsmotor zu erfassen, indem der Zustand erfaßt wird, in dem der Ionenstrom erzeugt wird.

Diese Art von Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor wird z. B. in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-191465 beschrieben, in der eine Zündkerze als eine Elektrode für ein Erfassen eines Ionenstroms verwendet wird und ein Verbrennungsfehler einschließlich einer Fehlzündung durch die Menge eines unmittelbar nach einer Zündung erfaßten Ionenstroms erfaßt wird.

Fig. 8 zeigt ein Schaltungsaufbaudiagramm, das ein Beispiel einer bekannten Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, basierend auf einer Niedrigspannungsverteilung, veranschaulicht.

In Fig. 8 ist die Kathode einer Autobatterie 1 mit einem Ende einer Primärwicklung 2a einer Zündspule 2 verbunden, das andere Ende der Primärwicklung 2a ist mit der Masse über einen emittergeerdeten Leistungstransistor 3 zum Abschalten der Versorgung eines Primärstroms verbunden.

Eine Sekundärwicklung 2b der Zündspule 2 stellt zusammen mit der Primärwicklung 2a einen Transformator dar; das Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b ist mit einem Ende einer jedem Zylinder, nicht gezeigt, entsprechenden Zündkerze 4 verbunden, um eine Hochspannung einer negativen Polarität zur Zeit einer Zündsteuerung auszugeben.

Die aus gegenüberliegenden Elektroden bestehende Zündkerze 4 entlädt sich, um das Kraftstoff-Luftgemisch in einem Zylinder zu entzünden, wenn die Hochspannung für eine Zündung daran angelegt wird.

In dieser Zeichnung ist repräsentativ nur ein Paar der Zündspule 2 und Zündkerze 4 für die Zündspulen 2 und Zündkerzen 4 gezeigt, die für jeden jeweiligen Zylinder bereitgestellt sind.

Das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b ist mit einer Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 verbunden. Die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 legt eine Vorspannung positiver Polarität, die die zur Zündpolarität entgegengesetzte Polarität ist, über die Sekundärwicklung 2b an die Zündkerze 4 an und erfaßt den Ionenstrom, der der Menge von Ionen entspricht, die zum Zeitpunkt einer Zündung erzeugt werden.

Die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 umfaßt: eine Vorspannungsvorrichtung, nämlich einen Kondensator C, der mit dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b verbunden ist; eine Diode D, die zwischen den Kondensator C und die Masse geschaltet ist; einen Widerstand R, der parallel mit der Diode D verbunden ist; und eine Zenerdiode DZ zum Begrenzen einer Spannung, die parallel mit dem Kondensator C und der Diode D verbunden ist.

Diese aus dem Kondensator C und der Diode D bestehende Serienschaltung und die Zenerdiode DZ, die parallel mit der Serienschaltung verbunden ist, sind zwischen das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b und Masse geschaltet, um einen Ladepfad darzustellen, um den Kondensator C mit der Vorspannung zu der Zeit zu laden, wenn ein Zündstrom erzeugt wird.

Der Kondensator C wird mit dem Sekundärstrom geladen, der über die Zündkerze 4 fließt, die unter der Hochspannungsausgabe von der Sekundärwicklung 2b entladen wird, wenn der Leistungstransistor 3 AUS-geschaltet wird, d. h. wenn der der Primärwicklung 2a zugeführte Strom abgeschaltet wird. Die Ladespannung wird durch die Zenerdiode DZ auf eine vorbestimmte Vorspannung begrenzt, beispielsweise einige hundert Volt; sie dient als Vorspannungsvorrichtung, d. h. die Leistungsversorgung, um einen Ionenstrom zu erfassen.

Der Widerstand R in der Ionenstrom-Erfassungsvorrichtung 10 wandelt den durch die Vorspannung gelieferten Ionenstrom in eine Spannung um, die als ein Ionenstrom-Erfassungssignal Ei an eine elektronische Steuereinheit (ECU) 20 geliefert wird.

Die aus einem Mikroprozessor bestehende ECU 20 bestimmt den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung in Übereinstimmung mit dem Ionenstrom-Erfassungssignal Ei; falls sie einen schlechten Verbrennungszustand feststellt, führt sie entsprechende Korrekturmaßnahmen aus, um ein Problem zu verhindern.

Die ECU 20 berechnet auch die Zündzeitvorgabe etc., in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen, die über verschiedene Sensoren, nicht gezeigt, erhalten werden und gibt ein Zündsignal P für den Leistungstransistor 3 aus, Kraftstoffeinspritzsignale an die Injektoren, nicht gezeigt, der jeweiligen Zylinder, und Steuersignale an verschiedene Stellglieder, wie z. B. eine Drosselklappe und ein ISC-Ventil.

Die Fig. 9 bis 11 sind erklärende Zeichnungen, die den Pfad veranschaulichen, entlang dessen ein Strom in die Sekundärwicklung 2b und die Ionenstrom-Erfassungsschaltung fließt; Fig. 9 und Fig. 10 veranschaulichen den Pfad, durch eine durchgezogene Linie bezeichnet, eines sekundären Stromes I2, der unter der Hochspannung zu der Zeit fließt, wenn die Zündkerze 4 sich entlädt, d. h. während der Zündsteuerung; und Fig. 11 veranschaulicht den Pfad, durch eine gestrichelte Linie bezeichnet, des Ionenstroms i, der unter der Vorspannung zu der Zeit fließt, wenn der Ionenstrom erfaßt wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 11 wird der Betrieb der in Fig. 8 gezeigten bekannten Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor beschrieben.

Normalerweise berechnet die ECU 20 die Zündzeitvorgabe, etc., in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen und legt das Zündsignal P an die Basis des Leistungstransistors 3 zu einer Ziel-Steuerzeitvorgabe an, um so den Leistungstransistor 3 AN/AUS zu schalten.

Somit schaltet der Leistungstransistor 3 die Versorgung des Primärstromes ab, der in die Primärwicklung 3a der Zündspule 2 fließt, um die Primärspannung zu verstärken und die Hochspannung für eine Zündung an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b zu erzeugen, beispielsweise einige zehn Kilovolt.

Diese sekundäre Spannung wird an die Zündkerze 4 in jedem Zylinder angelegt, um einen Entladefunken in der Verbrennungskammer des Zylinders unter einer Zündsteuerung zu erzeugen, wodurch das Kraftstoff-Luftgemisch verbrannt wird. Zu diesem Zeitpunkt, falls der Verbrennungszustand normal ist, wird eine vorbestimmte Menge von Ionen um die Zündkerze und in der Verbrennungskammer erzeugt.

Der Sekundärstrom I2, der durch das Entladen der Zündkerze 4 zum Zeitpunkt der Zündung ausgelöst wird, fließt entlang der in Fig. 9 gezeigten, durchgezogenen Linie und lädt den Kondensator C, der die Vorspannungsenergieversorgung bereitstellt, über den Ladepfad in der Ionenstrom- Erfassungsschaltung 10.

Dann, sobald die Vorspannung des Kondensators C die Zenerspannung der Zenerdiode DZ übersteigt, fließt der Sekundärstrom I2 entlang des durch die durchgezogene Linie in Fig. 10 bezeichneten Pfades, und die Vorspannung des Kondensators C wird durch die Zenerspannung der Zenerdiode DZ beschränkt.

Die Vorspannung des Kondensators C wird durch die Schaltcharakteristik der Zenerdiode DZ auf einen beliebigen, vorbestimmten Wert gesetzt.

Die so in den Kondensator C geladene Vorspannung wird über die Sekundärwicklung 2b an die Zündkerze 4 eines Zylinders angelegt, der gerade einer Zündsteuerung unterzogen worden ist, d. h. einer Zündung, was bewirkt, daß der Ionenstrom i, der der Menge von Ionen entspricht, die zum Zeitpunkt einer Verbrennung erzeugt worden sind, so fließt, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 11 veranschaulicht ist. Zu diesem Zeitpunkt bewegen sich die Ionen zwischen den Elektroden der Zündkerze 4, und der Kondensator C entlädt sich.

Der Ionenstrom i wird durch den Spannungsabfall über dem Widerstand R als das Ionenstrom-Erfassungssignal Ei erfaßt. Die ECU 20 bestimmt den Verbrennungszustand eines jeden Zylinders in Übereinstimmung mit dem Ionenstrom- Erfassungssignal Ei und berechnet geeignete Steuerparameter, wie z. B. Zündzeitvorgaben, in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen und den Verbrennungszuständen, wie vorhergehend beschrieben.

Wenn jedoch die Versorgung eines Stromes zu der Primärwicklung 2a der Zündspule 2 begonnen hat, entwickelt das Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b eine positive Spannung, die entgegengesetzt zu der zum Zündzeitpunkt ist.

Diese Spannung hat die gleiche Polarität wie die Vorspannung; daher, falls die Vorspannung darüber gelegt ist, besteht die Gefahr, daß eine Entladung zwischen den gegenüberliegenden Elektroden der Zündkerze 4 stattfinden könnte.

Falls das Entladen an der Zündkerze 4 zum Zeitpunkt des Beginns des mit Energie Versorgens der Zündspule 2 stattfindet, dann entsteht ein Steuerfehler aufgrund einer Frühzündung und zudem entlädt sich der Kondensator C in der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 ungenutzt.

Darüber hinaus bewirkt das Entladen des Kondensators C einen Abfall der Vorspannung, was ein Verschlechtern der Empfindlichkeit für ein Erfassen des Ionenstroms i bewirkt, und der Strom zum Zeitpunkt des Entladens wird fehlerhaft als der Ionenstrom i erfaßt.

Aus der älteren, aber nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 196 47 138 A1 ist eine Verbrennungszustands- Erfassungvorrichtung bekannt, bei der zwischen Sekundärwicklung und Vorspannungsvorrichtunge eine Strombegrenzungsvorrichtung eingefügt ist, um eine unerwünschte Entladung der Vorspannungsvorrichtung in die Zündspulen-Sekundärwicklung zu verhindern, wenn der Strom durch die Primärwicklung der Zündspule eingeschaltet wird. Die beiden Enden der Sekundärwicklung sind Hochspannungsenden und die Strombegrenzungsvorrichtung ist an ein Hochspannungsende der Sekundärwicklung angeschlossen.

Den bekannten Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtungen für einen Verbrennungsmotor liegt das Problem zugrunde, daß die einer Frühzündung zuzuordnenden Steuerfehler eine Empfindlichkeit für ein Erfassen eines Ionenstroms verschlechtern und Erfassungsfehler nicht verhindert werden können, da keine Maßnahmen gegen das Entladen der Vorspannung durchgeführt wurden, das zu Beginn des mit Energieversorgens der Zündspule 2 auftreten kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf ein Lösen des oben beschriebenen Problems gemacht, und es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die in der Lage, ist zu verhindern, daß eine Vorspannvorrichtung sich zu der Zeit entlädt, wenn die Versorgung eines Stromes zu der Zündspule begonnen hat, um so Steuerfehler oder Erfassungsfehler zu verhindern, und die auch in der Lage ist, eine gute Empfindlichkeit für ein Erfassen eines Ionenstroms aufrechtzuerhalten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Daher wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die ausgerüstet ist mit:
einer Zündspule mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, an deren einem Ende eine Hochspannung für eine Zündung erzeugt wird, wenn der durch die Primärwicklung fließende Strom unterbrochen wird;
einer Zündkerze, deren eine Elektrode mit Masse und deren andere Elektrode mit dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung verbunden sind, und die sich unter dem Anlegen der Hochspannung für eine Zündung entlädt, um das Kraftstoff-Luftgemisch im Zylinder des Verbrennungsmotors zu entzünden;
einer Ionenstrom-Erfassungsschaltung, die eine Vorspannungsvorrichtung einschließt, welche einerseits mit dem anderen, ein Niedrigspannungsende darstellenden Ende der Sekundärwicklung und andererseits mit Masse verbunden ist, und die einen Ionenstrom erfaßt, der nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches von der Vorspannungsvorrichtung über die Zündkerze fließt;
einer Strombegrenzungsvorrichtung, die zwischen das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung und die Vorspannungsvorrichtung eingefügt ist; und
einer elektronische Steuereinheit (ECU), die den Verbrennungszustand an der Zündkerze in Übereinstimmung mit dem Ionenstrom erfaßt;
wobei die Vorspannungsvorrichtung über das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung an die Zündkerze eine Vorspannung anlegt, die zu der Hochspannung für eine Zündung die entgegengesetzte Polarität aufweist; und
die Strombegrenzungsvorrichtung den Strom begrenzt, der von der Vorspannungsvorrichtung über die Sekundärwicklung zu der Zündkerze fließt, wodurch diejenige Spannung begrenzt wird, die sich an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung dann entwickelt, wenn der Strom durch die Primärwicklung eingeschaltet wird.

Die Strombegrenzungsvorrichtung der Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung schließt einen Widerstand ein.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung schließt die Strombegrenzungsvorrichtung der Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eine Gleichrichtervorrichtung ein, die parallel mit dem Widerstand verbunden ist. Die Gleichrichtervorrichtung setzt einen Strom in Vorwärtsrichtung, wobei der Strom über die Sekundärwicklung aufgrund des Entladens der Zündkerze fließt, wenn die Hochspannung für eine Zündung angelegt wird, um so die Potentialdifferenz über dem Widerstand während einer Zündsteuerung zu beschränken.

In einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Zündspulen und die Zündkerzen der Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor für die jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors bereitgestellt; die Strombegrenzungsvorrichtung und die Ionenstrom- Erfassungsvorrichtung werden gemeinsam zu dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung von jeder Zündspule verbunden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen sekundären Strompfad zum Zeitpunkt einer Zündsteuerung in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen Ionenstrompfad zum Zeitpunkt des Erfassens des Ionenstromes in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 4 zeigt ein Schaltblockdiagramm, das ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 5 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen sekundären Strompfad zu dem Zeitpunkt einer Zündsteuerung in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 6 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen Ionenstrompfad zu dem Zeitpunkt des Erfassens des Ionenstromes in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 7 zeigt ein Schaltblockdiagramm, das ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 8 zeigt ein Schaltblockdiagramm, das eine bekannte Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht;

Fig. 9 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen sekundären Strompfad zu dem Zeitpunkt eines Ladens einer Vorspannung durch die bekannte Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht;

Fig. 10 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen sekundären Strompfad zu der Zeit eines Klemmens der Vorspannung durch die bekannte Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht; und

Fig. 11 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen Ionenstrompfad zu der Zeit des Erfassens eines Ionenstromes durch die bekannte Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, das das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; die oben beschriebenen entsprechenden Komponenten (siehe Fig. 8) werden mit gleichen Referenzziffern bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird ausgelassen.

In Fig. 1 ist ein Widerstand 5, der als eine Strombegrenzungsvorrichtung arbeitet, zwischen das Niedrigspannungsende einer Sekundärwicklung 2b und einen Kondensator C, d. h. eine Vorspannvorrichtung in einer Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10, eingefügt.

Der Widerstand 5 steuert den Entladestrom, der von dem Kondensator C über die Sekundärwicklung 2b in eine Zündkerze 4 fließt, wodurch die Spannung gesteuert wird, die an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b zu dem Beginn des Versorgens eines Stromes zu der Primärwicklung 2a entsteht.

Dies verhindert das Stattfinden des Entladens zwischen den Elektroden der Zündkerze 4, was das Entladen des Kondensators C verhindert, der als eine Vorspannungsenergieversorgung dient, wodurch das Verschlechtern der Empfindlichkeit für ein Erfassen des Ionenstroms i verhindert wird.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen erklärende Diagramme, die den Pfad veranschaulichen, entlang dessen über den Widerstand 5 Strom in die Sekundärwicklung 2b und die Ionenstrom- Erfassungsschaltung 10 fließt. Insbesondere zeigt Fig. 2 den Pfad, bezeichnet durch die durchgezogene Linie, eines sekundären Stromes I2, der unter der Hochspannung zu dem Zeitpunkt des Entladens an der Zündkerze 4 fließt, d. h. zu dem Zündsteuerzeitpunkt; und Fig. 3 zeigt den Pfad, durch eine gestrichelte Linie bezeichnet, eines Ionenstroms i, der unter der Vorspannung zu dem Zeitpunkt des Erfassens des Ionenstroms fließt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 wird der Betrieb des in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben.

Wie vorhergehend beschrieben wird, wenn ein Leistungstransistor 3 durch ein Zündsignal P AN-geschaltet wird, wird mit dem Versorgen eines Stromes zu der Primärwicklung 2a begonnen, und eine positive Spannung erscheint an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b.

Zu diesem Zeitpunkt ist der Entladestrom von dem Kondensator C zu dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b durch den Widerstand 5 beschränkt; daher ist die an der Sekundärwicklung 2b erzeugte Spannung auf das Hochspannungsende und das Niedrigspannungsende aufgeteilt, ohne daß die Vorspannung darübergelegt ist.

Daher wird die Spannung unterdrückt, die an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, an dem die Zündspule 2 mit Energie versorgt wird, und die die Polarität aufweist, die der Zündpolarität entgegengesetzt ist, was ein Entladen der Zündkerze verhindert.

Als eine Folge wird die Frühzündung der Zündkerze 4 verhindert, und der Kondensator C entlädt sich nicht; daher kann die Vorspannung auf einem guten Wert gehalten werden, was eine gute Empfindlichkeit für ein Erfassen des Ionenstroms i ermöglicht, die aufrechtzuerhalten ist.

Dann, wenn der Leistungstransistor 3 AUS-geschaltet wird, um die Versorgung des Primärstromes abzuschalten, erscheint die Hochspannung für eine Zündung an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b, und eine Funkenentladung findet an der Zündkerze des unter Steuerung befindlichen Zylinders statt, was das Kraftstoff-Luftgemisch verbrennt.

Dann fließt der sekundäre Strom I2 entlang des durch die durchgezogene Linie in Fig. 2 bezeichneten Pfades und lädt den Kondensator C, wie vorhergehend beschrieben, wobei die Ladespannung durch die Zenerspannung der Zenerdiode DZ begrenzt ist.

Wenn das Kraftstoff-Luftgemisch in der Verbrennungskammer aufgrund des Entladens der Zündkerze 4 verbrennt, werden Ionen in der Umgebung der Zündkerze 4 erzeugt, was das Fließen des Ionenstromes i bewirkt, durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 bezeichnet, wobei die Ladespannung des Kondensators C die Leistungsversorgung ist.

Dies bewirkt, daß ein Ionenstrom-Erfassungssignal Ei von dem Widerstand R zu der ECU 20 geliefert wird, was es ihr ermöglicht, den Verbrennungszustand zu bestimmen.

Somit verhindert der Widerstand 5 zum Begrenzen des Stromes, der zwischen der Sekundärwicklung 2b und dem Kondensator C angeordnet ist, daß die Vorspannung des Kondensators C sich über die Zündkerze 4 über die Sekundärwicklung 2b entlädt, sogar dann, wenn die positive Spannung an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b zum Beginn des Versorgens des Primärstromes erzeugt wird.

Somit können Steuerfehler oder ein Abfallen der Vorspannung verhindert werden, so daß ein hochgenaues Ionenstrom- Erfassungssignal Ei erlaubt, daß ein hochzuverlässiges Erfassungsergebnis des Verbrennungszustands erhalten werden kann.

Zweites Ausführungsbeispiel

Im ersten oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde nur der Widerstand 5 als die Spannungsbegrenzungsvorrichtung verwendet; jedoch kann eine Gleichrichtervorrichtung zum Setzen des sekundären Stromes I2 zum Zeitpunkt einer Zündsteuerung in die Vorwärtsrichtung parallel mit dem Widerstand verbunden sein.

In solch einem Fall wird die Strombegrenzungsfunktion des Widerstandes 5 im Hinblick auf den Sekundärstrom I2 unwirksam gemacht; daher verschlechtert sich die Zündcharakteristik nicht.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm, das ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, worin die Gleichrichtervorrichtung parallel mit dem Widerstand 5 verbunden ist; zu Fig. 1 ähnliche Bestandselemente sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und eine genaue Beschreibung davon wird ausgelassen.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen erklärende Diagramme der Pfade, entlang derer ein Strom in eine Sekundärwicklung 2b und in eine Ionenstromerfassungsschaltung 10 über die Strombegrenzungsvorrichtung fließt. Insbesondere zeigt Fig. 5 den durch die durchgezogene Linie bezeichneten Pfad des Sekundärstromes I2, der unter der Hochspannung zu dem Zeitpunkt des Entladens an der Zündkerze fließt, d. h. zu dem Zeitpunkt einer Zündsteuerung, und Fig. 6 zeigt den durch die gestrichelte Linie bezeichneten Pfad des Ionenstroms i, der unter der Vorspannung zu dem Zeitpunkt des Erfassens des Ionenstroms fließt.

In Fig. 4 ist die Strombegrenzungsvorrichtung durch den Widerstand 5 und die Gleichrichtervorrichtung dargestellt, nämlich eine Diode 6, die parallel mit dem Widerstand 5 verbunden ist.

Die Diode 6 ist so angeordnet, daß der sekundäre Strom I2, wenn die Hochspannung für eine Zündung angelegt wird, in die Vorwärtsrichtung fließt, um die Potentialdifferenz über dem Widerstand 5 während einer Zündsteuerung zu beschränken.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 und Fig. 6 wird der Betrieb des in Fig. 4 gezeigten, zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Zuerst wird die positive Spannung, die an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b entwickelt wird, beschränkt, sogar wenn eine positive Spannung an dem Hochspannungsende einer Sekundärwicklung 2b auftritt, wenn die Versorgung des Stromes zu der Primärwicklung 2a begonnen wird, was das Entladen an einer Zündkerze 4 verhindert, da der Entladestrom an dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b von dem Kondensator C durch den Widerstand 5 beschränkt wird, wie oben erwähnt.

Somit wird die Frühzündung der Zündkerze 4 und das Entladen des Kondensators C verhindert; daher kann die Vorspannung des Kondensators C auf einem guten Wert gehalten werden, was erlaubt, daß eine gute Sensitivität für ein Erfassen des Ionenstroms i aufrecht erhalten wird.

Wenn der Primärstrom abgeschaltet wird, wird die Hochspannung für eine Zündung an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b erzeugt, und die Zündkerze 4 entlädt sich. Dies bewirkt, daß der sekundäre Strom I2 entlang des Pfades über die Diode 6 fließt, der durch die durchgezogene Linie in Fig. 5 bezeichnet ist, um den Kondensator C auf eine vorbestimmte Spannung zu laden.

Weiter erzeugt das Entladen der Zünkerze 4 Ionen, und der Ionenstrom i fließt entlang des Pfades über den Widerstand 5, bezeichnet durch die gestrichelte Linie in Fig. 6.

Somit bewirkt die Diode 6, die parallel mit dem Widerstand 5 für ein Strombegrenzen verbunden ist, daß der sekundäre Strom I2 in die Diode 6 fließt, ohne während der Zündsteuerung durch den Widerstand 5 zu fließen, wie in Fig. 5 veranschaulicht.

Demzufolge ist die Potentialdifferenz über dem Widerstand 5 vermindert, was ein verbessertes Zündverhalten im Vergleich mit dem vorherigen ersten Ausführungsbeispiel erlaubt.

Beim Beginn des Versorgens des Primärstromes wird die Strombegrenzungsfunktion des Widerstands 5 wirksam gemacht, so daß der von dem Kondensator C zu der Sekundärwicklung 2b entladene Strom begrenzt wird, was es möglich macht, Steuerfehler oder ein Abfallen der Vorspannung, wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels, zu verhindern.

Drittes Ausführungsbeispiel

In dem ersten und zweiten obigen Ausführungsbeispiel wurde eine Beschreibung repräsentativ nur für eine Zündkerze gegeben; es ist jedoch selbstverständlich, daß die Erfindung auch auf eine Verbrennungsmotorvorrichtung mit einer Vielzahl von Zündspulen und einer Vielzahl von Zündkerzen für jeden Zylinder angewendet werden kann.

In solch einem Fall kann eine einzelne Strombegrenzungsvorrichtung und eine einzelne Ionenstrom- Erfassungsschaltung 10 gemeinsam für die Vielzahl von Zündspulen und Zündkerzen für jeden Zylinder verwendet werden, so daß keine Kostenerhöhung erfolgt.

Fig. 7 zeigt ein Schaltblockdiagramm, das ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, das auf einen Vierzylinderverbrennungsmotor angewendet wird, der ein unabhängiges Zündsystem verwendet; den oben genannten Bestandteile entsprechende Bestandteile sind mit entsprechenden Bezugsziffern versehen, und eine genaue Beschreibung wird ausgelassen.

In Fig. 7 haben Zündspulen 2A bis 2D, die für eine Vielzahl von Zylindern (vier Zylinder in diesem Ausführungsbeispiel) den gleichen Aufbau; sie weisen Wicklungen 2aA bis 2aD und Sekundärwicklungen 2bA bis 2bD auf.

Entsprechend sind in den Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder vorgesehene Zündkerzen 4A bis 4D einzeln mit den Hochspannungsseiten der Sekundärwicklungen 2bA bis 2bD der Zündspulen 2A bis 2D verbunden.

Die Kathode einer Batterie 1 ist mit einem Ende der Primärwicklungen 2aA bis 2aD der Zündspulen 2A bis 2D verbunden.

Die anderen Enden der Primärwicklungen 2aA bis 2aD der Zündspulen 2A bis 2D sind jeweilig mit Leistungstransistoren 3A bis 3D verbunden.

Die Niedrigdruckenden der Sekundärwicklungen 2bA bis 2bD sind gemeinsam mit einem Kondensator C und einer Zenerdiode DZ in der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 über die einzige Strombegrenzungsvorrichtung verbunden, die aus einer Parallelschaltung eines Widerstands 5 und einer Diode 6 besteht.

Der Betrieb des in Fig. 7 gezeigten, dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird nun beschrieben.

Der Einfachheit halber wird als Beispiel angenommen, daß die Zündsteuerung durch die Zündkerze 4A durchgeführt wird.

Zuerst, wenn ein Zündsignal B von einer ECU 20 an die Basis des Leistungstransistors 3A angelegt wird, schaltet der Leistungstransistor A die Versorgung des Primärstromes zu der Primärwicklung 2aA der Zündspule 2A ab.

Wenn der Leistungstransistor 3A AN-geschaltet wird, um die Versorgung des primären Stromes zu der Zündspule 2A zu beginnen, wird eine Spannung an der Sekundärwicklung 2aA erzeugt; jedoch beschränkt der Widerstand 5 den Entladestrom von dem Kondensator C zu der Sekundärwicklung 2bA, was es möglich macht, einen Abfall der Spannung des Kondensators C zu unterdrücken, wie vorhergehend erwähnt. Weiter ist die an der Sekundärwicklung 2bA erzeugte Spannung gesteuert, was das Verhindern einer Frühzündung an der Zündkerze 4A ermöglicht.

Dann, wenn der Primärstrom der Zündspule 2A abgeschaltet wird, wenn der Transistor 3A abgeschaltet wird, erscheint eine Hochspannung an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2bA. Dies bewirkt, daß die Funkenentladung an der Zündkerze 4A stattfindet, was das Kraftstoff- Luftgemisch verbrennt.

Zu diesem Zeitpunkt fließt der sekundäre Strom I2 von der Masse zu der Zündkerze 4A, der Sekundärwicklung 2bA, der Diode 6, dem Kondensator C, der Diode D und der Masse in der aufgeführten Reihenfolge, wodurch der Kondensator C mit einer vorherbestimmten Vorspannung geladen wird.

Wenn die Spannung des Kondensators C gleich der Zenerspannung der Zenerdiode DZ wird, fließt der sekundäre Strom I2 von der Masse zu der Zündkerze 4A, der Sekundärwicklung 2bA, der Diode 6, der Zenerdiode DZ, der Diode D und der Masse in der aufgeführten Reihenfolge. Dieses vervollständigt das Laden des Kondensators C, und die Vorspannung wird durch die Zenerspannung der Zenerdiode DZ beschränkt.

Wenn das Kraftstoff-Luftgemisch in dem zu der Zündkerze 4A entsprechenden Zylinder verbrennt, bewegen sich die Ionen in der Verbrennungskammer und verwenden die Ladespannung des Kondensators C als die Energieversorgung. Als eine Folge fließt ein Ionenstrom i von der Masse zu einem Widerstand R, dem Kondensator C, dem Widerstand 5 und der Sekundärwicklung 2bA, der Zündkerze 4A und der Masse, in der aufgeführten Reihenfolge.

Genau so wie in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, legt der Widerstand R ein Stromerfassungssignal Ei an die ECU 20 an.

Somit wird es durch die einzige Strombegrenzungsvorrichtung und die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10, die durch die Zündspulen 2A bis 2D von einer Vielzahl von Zylindern geteilt werden, möglich, ein hochakkurates Ionenstrom-Erfassungssignal Ei zu erhalten, um so ein hochzuverlässiges Erfassen des Verbrennungszustands eines Verbrennungsmotors ohne Kostenzuwachs zu ermöglichen.

Claims (4)

1. Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, umfassend:
eine Zündspule (2) mit einer Primärwicklung (2a) und einer Sekundärwicklung (2b), an deren einem Ende eine Hochspannung für eine Zündung erzeugt wird, wenn der durch die Primärwicklung (2a) fließende Strom unterbrochen wird;
eine Zündkerze (4), deren eine Elektrode mit Masse und deren andere Elektrode mit dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung (2b) verbunden sind, und die sich unter dem Anlegen der Hochspannung für eine Zündung entlädt, um das Kraftstoff-Luftgemisch im Zylinder des Verbrennungsmotors zu entzünden;
eine Ionenstrom-Erfassungsschaltung (10), die eine Vorspannungsvorrichtung (C) einschließt, welche einerseits mit dem anderen, ein Niedrigspannungsende darstellenden Ende der Sekundärwicklung (2b) und andererseits mit Masse verbunden ist, und die einen Ionenstrom (i) erfaßt, der nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches von der Vorspannungsvorrichtung (C) über die Zündkerze (4) fließt;
eine Strombegrenzungsvorrichtung, die zwischen das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung (2b) und die Vorspannungsvorrichtung (C) eingefügt ist; und
eine elektronische Steuereinheit (ECU) (20), die den Verbrennungszustand an der Zündkerze (4) in Übereinstimmung mit dem Ionenstrom (i) erfaßt;
wobei die Vorspannungsvorrichtung (C) über das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung (2b) an die Zündkerze (4) eine Vorspannung anlegt, die zu der Hochspannung für eine Zündung die entgegengesetzte Polarität aufweist; und
die Strombegrenzungsvorrichtung den Strom begrenzt, der von der Vorspannungsvorrichtung (C) über die Sekundärwicklung (2b) zu der Zündkerze (4) fließt, wodurch diejenige Spannung begrenzt wird, die sich an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung (2b) dann entwickelt, wenn der Strom durch die Primärwicklung (2a) eingeschaltet wird.

2. Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsvorrichtung ein Widerstand (5) ist.

3. Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsvorrichtung eine Gleichrichtervorrichtung (6) einschließt, die parallel mit dem Widerstand (5) verbunden ist, wobei die Gleichrichtervorrichtung (6) einen Strom in einer Vorwärtsrichtung führt, der aufgrund des Entladens der Zündkerze (4) über die Sekundärwicklung (2b) fließt, wenn die Hochspannung für eine Zündung angelegt wird, um so die Potentialdifferenz über dem Widerstand (5) während einer Zündsteuerung zu beschränken.

4. Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jedem einer Mehrzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors eine Zündspule (2A-2D) und eine Zündkerze (4A-4D) zugeordnet ist, und
die Strombegrenzungsvorrichtung und die Ionenstrom- Erfassungsschaltung (10) mit dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung (2bA-2bD) jeder einzelnen Zündspule (2A-2D) verbunden sind.