DE3909906A1

DE3909906A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung einer hochspannungszuendanlage

Info

Publication number: DE3909906A1
Application number: DE3909906A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Kugler; Christian Dipl Ing Zimmermann; Hans Dipl Ing Koehnle; Ernst Kaller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-03-25
Filing date: 1989-03-25
Publication date: 1990-09-27
Also published as: EP0389775A2; US5027073A; ES2073464T3; DE59009172D1; EP0389775B1; EP0389775A3

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Hochspannungszündanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder der gleichen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Um die Schadstoffwerte des Abgases einer Brennkraft maschine eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen mög lichst niedrig zu halten, ist der Einsatz eines Kata lysators erforderlich. Die Effizienz und Lebensdauer eines derartigen Katalysators ist wesentlich von der einwandfreien Funktion der Brennkraftmaschine abhän gig. Sofern Fehler, beispielsweise in der Hochspan nungszündanlage auftreten, kann es zu Betriebszustän den kommen, die den Katalysator unzulässig belasten.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ergibt sich dem ge genüber der Vorteil, daß Fehler in der Hochspannungs zündanlage durch Neben- und/oder Kurzschlüsse in der Sekundärwicklung der Zündspule, dem Zündgeschirr oder der Zündkerzen erkannt werden, so daß rechtzeitig Ab hilfemaßnahmen getroffen werden können. Demgemäß läßt sich mit dem Einsatz der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung eine Katalysatorschutzfunktion reali sieren. Die dem Primärstrom der Zündspule entspre chende Prüfspannung läßt bei einem Vergleich gegen über der Versorgungsspannung der Hochspannungszündan lage eine Aussage über den Anlagenzustand zu. Sofern Neben- und/oder Kurzschlüsse im Sekundärkreis auf treten, führt dieses - durch die magnetische Kopplung von Sekundär- und Primärseite der Zündspule zu einer Verringerung ihrer wirksamen Primärinduktivität, so daß es zu einem schnelleren Anstieg des Primärstroms (Ladestroms der Zündspule) kommt. Der Pri märstromanstieg wird von der Meßanordnung erfaßt und führt zu einem entsprechend schnellen Anstieg der Prüfspannung, wodurch sich gegenüber einer fehlerfreien Zündanlage eine Verschiebung der Relation zwischen Prüfspannung zu Versorgungsspannung ergibt, die zur Auslösung einer Fehlermeldung führt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, daß die Meßanordnung ein im Primärstromkreis der Zündspule liegendes Shunt aufweist. Die am Shunt ab fallende Spannung stellt ein Maß für den sich jeweils bei einem Zündvorgang einstellenden Primärstrom dar.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß parallel zum Shunt eine Filterschaltung liegt, die aus einer Reihen schaltung eines Widerstandes und eines Kondensators gebildet ist. Die Kondensatorspannung bildet die zur Überwachnung der Zündanlage herangezogene Prüfspan nung.

Durch den Vergleich der Prüfspannung mit der Versor gungsspannung ist gewährleistet, daß durch Versor gungsspannungsänderungen hervorgerufene Primär stromänderungen nicht zu einer Fehlermeldung führen. Die Höhe der Versorgungsspannung ist beispielsweise von dem Ladezustand der Batterie des Kraftfahrzeuges und auch von der Einstellung des Reglers abhängig.

Eine besonders einfache Meßwert-Auswertung ist mit tels eines Komparators der Auswerteschaltung möglich, dem die Prüfspannung und die Versorgungsspannung zu geführt werden. Übersteigt die Prüfspannung in Rela tion zur Versorgungsspannung einen bestimmten Wert, so liegt ein Neben- bzw. Kurzschlußfehler der Hoch spannungszündanlage vor.

Vorzugsweise bildet die Auswerteschaltung für den Spannungsvergleich einen der Versorgungsspannung ent sprechenden Referenzwert. Für die Fehlerauswertung wird die Höhe der Prüfspannung der Größe des Refe renzwertes gegenübergestellt. Wird von der Batte riespannung ausgegangen, so wird ein der Batterie spannung des Kraftfahrzeuges entsprechender Referenz wert für die Überwachung herangezogen.

Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich da durch aus, daß die Auswerteschaltung für den Spannungsvergleich mindestens einen Momentanwert der Prüfspannung heranzieht. Demgemäß erfolgt zur Bildung des Momentanwertes eine Abtastung des Spannungsan stiegs der Prüfspannung in einem entsprechend gewähl ten Zeitpunkt. Die zeitliche Lage des Momentanwertes in Bezug auf die Zeitdauer eines Primärstromimpulses liegt vorzugsweise in der ersten, früheren Hälfte des Primärstromimpulses, da sich durch Neben- und/oder Kurzschlüsse bedingte Fehler insbesondere in der er sten Hälfte des dem Primärstromverlaufs entsprechen den Prüfspannungsanstiegs bemerkbar machen.

Je nach Ausbildung, Aufbau bzw. Typ der zum Einsatz gelangenden Zündanlage kann der für die Fehlererken nung repräsentative Bereich innerhalb der Länge eines Primärstromimpulses unterschiedlich sein, so daß vorteilhafterweise die zeitliche Lage des Momentan wertes der Prüfspannung in Bezug auf die Zeitdauer eines Primärstromimpulses in Abhängigkeit von dem je weils eingesetzten Zündanlagensystem festgelegt wird.

Die Überwachung wird besonders vereinfacht, wenn die Auswerteschaltung bei im Vergleich zum Referenzwert größerem Momentanwert die Fehlermeldung abgibt. Die Überwachung läßt sich auf einfache Weise mit einem Komparator durchführen.

Neben der bereits genannten Fehlermeldung ist es zu sätzlich oder aber auch alternativ möglich, bei einem unzulässigen Betriebszustand die Hochspannungszünd anlage außer Betrieb zu setzen.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Prinzipschaltplan der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild einer einen Neben- und/oder Kurzschluß aufweisenden Zündspule,

Fig. 3 ein Prüfspannungsdiagramm einer fehlerfreien Zündspule,

Fig. 4 ein Prüfspannungsdiagramm einer einen Neben schluß (500 kΩ) aufweisenden Zündspule,

Fig. 5 ein Prüfspannungsdiagramm einer einen Nebenanschluß (100 kΩ) aufweisenden Zündspule,

Fig. 6 ein Prüfspannungsdiagramm einer einen Kurz schluß aufweisenden Zündspule und

Fig. 7 eine Meßwerttabelle betreffend die in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Prüfspannungsverläufe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Über wachung einer Hochspannungszündanlage einer Brenn kraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen. Die Überwachung erfolgt im Hinblick auf Neben- und/oder Kurzschlüsse auf der Sekundärseite 1 einer Zündspule 2.

Die Primärwicklung 3 der Zündspule 2 ist mit ihrem einen Ende 4 an eine Versorgungsspannung U _V ange schlossen. Bei der Versorgungsspannung U _V kann es sich um die Batteriespannung des Kraftfahrzeuges han deln.

Das andere Ende 5 der Primärwicklung 3 ist mit einem Unterbrecher 6 verbunden, der über ein Shunt 7 an Masse 8 liegt. An der Masse 8 ist der andere Pol der Versorgungsspannung U _V angeschlossen; vorzugsweise handelt es sich hierbei um das Chassis des Kraftfahr zeuges.

Der Unterbrecher 6 ist als Transistor T ausgebildet. Seine Basis wird von einer nicht dargestellten An steuerschaltung eines Steuergerätes der Hochspan nungszündanlage angesteuert; seine Kollektor-Emitter- Strecke ist in den Primärstromkreis der Pri märwicklung 3 geschaltet.

Parallel zum Shunt 7 liegt eine Filterschaltung 9, die aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes R und eines Kondensators C besteht. Die am Kondensator anliegende Kondensatorspannung U _C bildet eine Prüf spannung U _Pr. Die Prüfspannung U _Pr wird einer Auswer teschaltung 10 zugeführt.

Das Shunt 7 bildet zusammen mit dem Widerstand R und dem Kondensator C eine Meßanordnung 11, die den durch die Primärwicklung 3 der Zündspule 2 fließenden Pri märstrom i in eine entsprechende Prüfspannung U _Pr um wandelt.

Der Meßanordnung 11 wird ferner die Versorgungsspan nung U _V bzw. die Batteriespannung des Kraftfahrzeuges zugeführt. Sie bildet einen der Versorgungsspannung U _V bzw. Batteriespannung entsprechenden Referenzwert U _R.

Die Sekundärwicklung 12 der Zündspule 2 ist mit ihrem Hochspannungsanschluß 13 an eine Elektrode 14 einer Zündkerze 15 angeschlossen. Die andere Elektrode 16 steht mit Masse 8 in Verbindung.

Fehler, die durch Neben- und/oder Kurzschlüsse der Sekundärwicklung 12, des Zündgeschirrs (Zuleitung zur Zündkerze und dergleichen) und/oder der Zündkerze 15 auftreten, können - gemäß Fig. 1 - durch einen Ne benschlußwiderstand R _N dargestellt und erfaßt werden. Sekundärseitige Neben- und/oder Kurzschlüsse führen durch die Kopplung von Sekundär- und Primärseite der Zündspule 2 zu einer Verringerung der wirksamen Pri märinduktivität L _1wirk. Dieses wird aus der Fig. 2 deutlich, die das Ersatzschaltbild der Zündspule 2 zeigt. Diese besteht aus dem Wirkwiderstand R ₁ der Primärseite, der in Reihe zu einer Streuinduktivität L _{S 1} liegt. Hieran schließt sich ein die Eisenverluste berücksichtigender Widerstand R _Fe und - parallel da zu - eine Querinduktivität M an. Die Sekundärseite ist im Ersatzschaltbild durch die Streuinduktivität L _{S 2} durch den Wirkwiderstand R ₂ repräsentiert. Auftretendende Neben- und/oder Kurzschlüsse werden durch Einschaltung des Nebenschlußwiderstandes R _N berücksichtigt. Insgesamt wird deutlich, daß sich je nach Größe des Nebenschlußwiderstandes R _N die in die Fig. 2 eingetragenene wirksame Primärinduktivität L _1wirk verändert. Mit kleiner werdendem Nebenschluß widerstand R _N verringert sich auch die wirksame Primärinduktivität L _1wirk. Dieses führt zu einem schnelleren Anstieg des Primärstroms i.

In den Fig. 3 bis 6 ist der einem Primärstromim puls entsprechende zeitliche Verlauf der Prüfspannung U _Pr für verschieden große Nebenschlußwiderstände R _N dargestellt. Die Fig. 3 betrifft eine fehlerfrei ar beitende Hochspannungszündanlage, d.h. der Neben schlußwiderstand R _N ist unendlich. In der Fig. 4 weist der Nebenschlußwiderstand R _N den Wert 500 kΩ auf. Der Nebenschlußwiderstandswert beträgt in der Fig. 5 100 kΩ, und die Fig. 6 betrifft den Kurz schlußfall, d. h. der Nebenschlußwiderstand R _N hat den Wert 0.

Im Vergleich der Fig. 3 bis 6 ist ersichtlich, daß der Verlauf der Prüfspannung U _Pr von der Größe des Nebenschlußwiderstandes R _N abhängig ist. Für die beispielhaft in den genannten Figuren eingetragenen Zeitpunkte t ₁ bis t ₆ ergeben sich größtenteils ent sprechend unterschiedliche Werte.

Eine Übersicht hierüber gibt die Meßwert-Tabelle der Fig. 7. Es wird der zum jeweiligen Zeitpunkt t ₁ bis t ₅ vorliegende Prüfspannungswert U _Pr auf den maxima len Prüfspannungswert U _{Pr max} (U _Pr zum Zeitpunkt t ₆) dargestellt. Das Verhältnis wird in Prozenten für einen Nebenschlußwiderstand unendlich, 500 kΩ, 100 kΩ und 0 angegeben.

Es ist ersichtlich, daß mit der Verkleinerung des Ne benanschlußwiderstands R _N, d.h. mit Zunahme der Wirksamkeit des Nebenschluß- bzw. Kurzschlußfehlers, ein Anstieg des Prozentwertes erfolgt. Ferner ist er sichtlich, daß sich in der ersten, früheren Hälfte des Prüfspannungsimpulses und damit des Primärstrom impulses die stärksten Änderungen ergeben, während beispielsweise in der zweiten, späteren Hälfte (Zeit punkte t ₄ und t ₅) bei einem Nebenschlußwiderstand R _N unendlich, 500 kΩ und 100 kΩ keine unterschiedlichen Werte vorliegen. Demgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Auswertung der Prüfspannung U _Pr in der ersten, früheren Hälfte des in den Fig. 3 bis 6 darge stellten Spannungsverlaufes erfolgt.

Für die Fehlererkennung wird vorzugsweise mindestens ein Momentanwert in einem vorwählbaren Zeitpunkt dem Prüfspannungsverlauf durch Abtastung entnommen. Die Abtastung erfolgt - aus den oben geschilderten Grün den - vorzugsweise in der ersten, früheren Hälfte des Impulses. Da der durch Abtastung gewonnene Momentan wert der Prüfspannung U _Pr von der Größe der Versor gungsspannung U _V bzw. der Batteriespannung abhängig ist, wird die im Zeitpunkt der Abtastung vorliegende Versorgungs- bzw. Batteriespannung als Vergleichs potential herangezogen. Sofern die Prüfspannung U _Pr einen von der Größe der Versorgungs- bzw. Batte riespannung abhängigen Wert überschreitet, liegt ein Neben- und/oder Kurzschlußfehler auf der Sekundär seite 1 der Hochspannungszündanlage vor, was zur Ab gabe einer Fehlermeldung führt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteschal tung einen der Versorgungs- bzw. Batteriespannung entsprechenden Referenzwert bildet, der dann für den Spannungsvergleich mit der Prüfspannung U _Pr herange zogen wird. Dieser Spannungsvergleich ist besonders einfach mit einem zur Auswerteschaltung 10 gehörenden Komparator durchzuführen; ein Fehler liegt vor, wenn die Prüfspannung U _Pr größer als die Referenzspannung U _R ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Überwa chung der Hochspannungszündanlage stellt eine Maß nahme im Hinblick auf einen Katalysatorschutz dar, denn bei auftretenden Fehlern ist eine saubere Ver brennung des Kraftstoffes nicht mehr gewährleistet, so daß bei längerer Fehlerdauer der Katalysator einer hohen Belastung unterliegt, die zu Schädigungen füh ren kann.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Hoch spannungszündanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen auf Neben- und/oder Kurzschlüsse, mit einer aus der Primärwicklung einer Zündspule und einem Unterbrecher gebildeten Reihen schaltung, die an eine Versorgungs- bzw. Batterie spannung angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine den Primärstrom (i) der Zündspule (2) erfassende und diesen in eine entsprechende Prüfspannung (U _Pr) um wandelnde Meßanordnung (11), die eine die Prüfspan nung (U _Pr) mit der Versorgungsspannung (U _V) verglei chende Auswerteschaltung aufweist und bei gegenüber der Versorgungsspannung (U _V) zu großer Prüfspannung (U _Pr) eine Fehlermeldung abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Meß anordnung (11) ein im Primärstromkreis der Zündspule (2) liegendes Shunt (7) aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß parallel zum Shunt (7) eine Filterschal tung (9) liegt, die aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes (R) und eines Kondensators (C) gebildet ist und daß die Kondensatorspannung (U _C) die Prüf spannung (U _Pr) bildet.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Auswerteschaltung (10) einen Kompara tor aufweist, dem die Prüfspannung (U _Pr) und die Versorgungsspannung (U _V) zugeführt werden.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Auswerteschaltung (10) für den Spannungsvergleich einen der Versorgungsspannung (U _V) entsprechenden Referenzwert (U _R) bildet.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Auswerteschaltung (10) für den Spannungsvergleich mindestens einen Momentanwert der Prüfspannung (U _Pr) heranzieht.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die zeitliche Lage des Momentanwertes in Bezug auf die Zeitdauer eines Primärstrom- bzw. Prüfspannungsimpulses in der ersten, früheren Hälfte des Primärstromimpulses liegt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die zeitliche Lage des Momentanwertes in Bezug auf die Zeitdauer eines Primärstromimpulses in Abhängigkeit von der Ausbildung der Hochspannungs zündanlage festgelegt wird.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Auswerteschaltung (10) bei im Ver gleich zum Referenzwert (U _R) größerem Momentanwert die Fehlermeldung abgibt.