DE4133049C2

DE4133049C2 - Zündvorrichtung für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4133049C2
Application number: DE4133049A
Authority: DE
Inventors: Shigemi Murata; Masayuki Ikeuchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2011-10-05
Also published as: KR950007658Y1; DE4133049A1; US5189373A; KR920008336A; JPH04143463A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine Zündvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, welche beispielsweise aus DE 39 21 616 A1 bekannt sind.

Fig. 3 zeigt ein typisches Beispiel einer bekannten Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. In dieser Figur enthält die dargestellte Vorrichtung einen Einsteller 1 in Form einer Einstelleinheit, um den Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt und den Zünd-Zeitpunkt eines Verbrennungsmotors synchronisiert mit seiner Umdrehung einzustellen, einen Leistungstransistor 2, eine Zündspule 3, eine Rücklaufstrom-Prüfdiode 4, und eine Zündkerze 5. Die Zündspule 3 besitzt eine durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransistors 2 an der Erdung angeschlossene Primärwicklung, und eine durch eine Rücklaufstrom-Prüfdiode 4 an eine Elektrode der Zündkerze 5 angeschlossene Sekundärwicklung. Die andere Elektrode der Zündkerze 5 ist an eine negative Elektrode einer Gleichstrom-Energiequelle 8 durch eine Ionenstrom wahrnehmende Diode 6 und einen Widerstand 7 angeschlossen. Eine Serienschaltung aus einem Kondensator 9 und einem Widerstand 10 ist parallel zu einer Serienschaltung aus einem Widerstand 7 und der Gleichstrom-Energiequelle 8 angeschlossen. Ein Vergleicher 11 besitzt zwei Eingänge, wobei der erste Eingang an einen Knotenpunkt zwischen dem Kondensator 9 und dem Widerstand 10, und der zweite Eingang an eine Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist. Wenn eine auf den ersten Eingang angelegte Spannung die Bezugsspannung an dem zweiten Eingang übersteigt, erzeugt der Vergleicher 11 ein Ausgangssignal, das als Rücksetzsignal einem ersten und einem zweiten Zählern 12, 13, die zusammen einen Binärzähler bilden, eingegeben wird. Der erste Zähler 12 wird abwechselnd aktiviert und deaktiviert oder durch einen ihm von einem Signalgenerator 19 durch einen im folgenden nach näher beschriebenen Vergleicher 20 zugeführten Taktimpuls in einen Hoch- oder Niedrigpegel gesetzt, und durch ein Rücksetzsignal von dem Vergleicher 11 zurückgesetzt, so daß er ein Ausgangssignal, so wie in Fig. 4 bei (F) gezeigt, erzeugt. Der zweite Zähler 13 erzeugt einen Hochausgang, wenn dem ersten Zähler 12 ein Taktsignal A während der Zeit, in der er sich in einem Hochpegel befindet, eingegeben wird, und wird durch ein Rücksetzsignal E′ vom Vergleicher 11 zurückgesetzt.

Die Einstelleinheit 1 führt ein Kraftstoff-Einspritz- Signal einem Kraftstoff-Einspritzer 14 zu, der darauf basierend eine geeignete Menge Kraftstoff in ein Einlaßrohr IP des Motors einspritzt. Der Motor enthält einen Zylinder 15, in dem ein Kolben 16 zur Auf- und Abwärtsbewegung aufgenommen ist. Der Kolben 16 ist mit einer Kurbelwelle 18 durch eine Kolbenstange 14 verbunden.

Ein Signalerzeuger 19 erzeugt ein mit der Umdrehung der Kurbelwelle 18 synchronisiertes Einstellsignal. Das Einstellsignal enthält eine Anzahl von Impulsen, die zu vorbestimmten Intervallen auftreten. Das Einstellsignal des Signalerzeugers 19 wird durch einen Vergleicher 20 als ein Taktsignal an die Einstelleinheit 1 sowie an den ersten Zähler 12 angelegt.

Die Funktionsweise der oben erwähnten bekannten Zündvorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4, die ein Zeitdiagramm der Kurvenformen der Signale in verschiedenen Teilabschnitten der Zündvorrichtung zeigt, beschrieben.

In der normalen Betriebsweise des Motors, bei der eine normale Verbrennung in dem Zylinder 15 ohne Fehlzündungen stattfindet, erzeugt die Einstelleinheit 1 in Synchronisation mit einem in Fig. 4 bei (A) gezeigten Ausgangs- oder Taktsignal A von dem Signalerzeuger 19 ein Kraftstoff-Einspritz-Einstellsignal an dem Einspritzer 14, und schaltet zugleich den Leistungstransistor 2 ein, so daß eine positive Spannung, so wie in Fig. 4 bei (B) gezeigt, über der Primärwicklung der Zündspule 3 und eine negative Spannung, so wie in Fig. 4 bei (C) gezeigt, über der Sekundärwicklung der Zündspule 3 entsteht, wodurch die Zündkerze 5 einen Funken erzeugt. Als Folge des Zündfunkens der Zündkerze 5 wird ein Luftkraftstoffgemisch in dem Zylinder 15 gezündet. Als Folge davon wird ein Ionenstrom I zwischen den Elektroden der Zündkerze 5 erzeugt, der dem ersten Eingang des Vergleichers 11 durch die Diode 6 und den Kondensator 9 zugeführt wird. Die Kurvenform des Ionenstroms I, der somit dem Vergleicher 11 zugeführt wird, enthält, so wie in Fig. 4 bei (D) dargestellt, Rauschen N, das von einer Hochspannung herrührt, die als Folge des Funkenüberschlags der Zündkerze erzeugt wird. Wenn der Vergleicher 11 den Rauschen enthaltenden Ionenstrom I an seinem ersten Eingang empfängt, erzeugt er ein Ausgangssignal in der Form eines Rücksetzsignals E, so wie in Fig. 4 bei (E) gezeigt. Mit anderen Worten, innerhalb einer Periode des Taktsignals A des Signalerzeugers 19, werden zwei Arten von Rücksetzsignalen erzeugt, wobei eine auf Rauschen und die andere auf dem Ionenstrom beruht. Als Folge davon wird der erste Zähler 12, der abwechselnd durch ein Taktsignalimpuls aktiviert und deaktiviert, und durch ein Rücksetzsignalimpuls zurückgesetzt wird, immer durch ein auf Rauschen beruhendes Rücksetzsignal zurückgesetzt, so daß er ein Ausgangssignal F erzeugt, das mit der steigenden Flanke eines Taktimpulses A ansteigt, und das an der steigenden Flanke eines auf Rauschen beruhenden Rücksetzimpulses abfällt, so wie in Fig. 4 bei (F) gezeigt. Dementsprechend erzeugt der zweite Zähler 13, so wie in Fig. 4 bei (G) gezeigt, zu allen Zeiten kein Ausgangssignal oder einen niedrigen Ausgangspegel.

So arbeiten der erste und zweite Zähler 12, 13 der bekannten Zündvorrichtung unabhängig von dem Auftreten oder Fehlen eines Ionenstroms, so daß beim Auftreten von Fehlzündungen zu einem Zeitpunkt zwischen dem Zeitpunkt t2, die der steigenden Flanke eines Rechtecktaktimpulses entspricht, und einem Zeitpunkt t3, die der steigenden Flanke des folgenden Taktimpulses entspricht, diese Fehlzündungen nicht detektiert werden können.

Es ist deshalb Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme einer bekannten Zündvorrichtung zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei der Funktionsstörungen aufgrund von Rauschen, das durch eine hohe Zündspannung erzeugt wird, zuverlässig vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Zündvorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die allgemeine Anordnung einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor entsprechend der Erfindung;

Fig. 2 eine Kurvendarstellung, die die Kurvenformen von Signalen an verschiedenen Stellen der Zündvorrichtung aus Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich wie die in Fig. 1, die aber eine bekannte Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zeigt; und

Fig. 4 ein ähnliches Diagramm wie Fig. 2, aber mit der bekannten Vorrichtung aus Fig. 3.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen beschrieben

Fig. 1 zeigt zunächst eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die der Konstruktion der bekannten Zündvorrichtung aus Fig. 3 bis auf die Verwendung eines Rauschfilters, das im allgemeinen durch die Bezugszahl 21 bezeichnet ist, zur Beseitigung oder Verringerung eines in einem Ionenstrom enthaltenen, durch Verbrennung eines Luftkraftstoffgemischs erzeugten Zündrauschens, im wesentlichen gleicht. Deswegen werden die gleichen Elemente dieses Ausführungsbeispiels und jene der bekannten Vorrichtung aus Fig. 3 durch die gleichen Symbole, wie die in Fig. 3 verwendeten, bezeichnet.

Das Rauschfilter 21 ist an einem Eingang eines Detektors vorgesehen, der die Elemente 7 bis 13 enthält, um einen Ionenstrom, der zwischen den Elektroden einer Zündkerze 5 aufgrund von Verbrennung eines Luftkraftstoffgemischs in einem Zylinder 15 erzeugt wird, zu detektieren. Zum Beispiel ist das Rauschfilter 21 zwischen der Kathode einer Diode 6 und einem Knotenpunkt P1 von einem Widerstand 7 und einem Kondensator 9 angeschlossen. Insbesondere enthält das Filter 21 eine Vielzahl von Dioden 21-1 bis 21-n, die miteinander in Reihe zwischen der Kathode der Diode 6 und dem Knotenpunkt P1 geschaltet sind, wobei ihre Polungen wie in Fig. 1 verdeutlicht angeordnet sind, und einen Kondensator 23, der zwischen der Kathode der Diode 6 und der Erdung angeschlossen ist.

Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm in Fig. 2 weiter beschrieben. Zunächst wird der Fall betrachtet, bei dem der Motor normal ohne Fehlzünden in dem Zylinder 15 arbeitet. In der normalen Betriebsweise des Motors erzeugt die Einstelleinheit 1 in Synchronisation mit einem Ausgangssignal oder Taktsignal A des Signalerzeuger 19, der in Fig. 2 bei (A) gezeigt ist, ein Kraftstoff-Einspritz-Einstellsignal an dem Einspritzer 14 und zugleich schaltet sie den Leistungstransistor 2 aus, so daß eine positive Spannung über der Primärwicklung der Zündspule 3 entsteht, so wie in Fig. 2 bei (C) gezeigt, wodurch die Zündkerze 5 einen Funken erzeugt. Aufgrund einer Funkenerzeugung der Zündkerze 5 wird ein Luftkraftstoffgemisch in dem Zylinder 16 gezündet. Als Folge davon wird ein Ionenstrom I zwischen den Elektroden der Zündkerze 5 erzeugt, der an den ersten Eingang des Vergleichers 11 durch die Diode 6, das Rauschfilter 21 und den Kondensator 9 angelegt wird. In diesem Zusammenhang enthält der so erzeugte Ionenstrom Rauschanteile N wegen einer Hochspannung, die durch die Zündspule 3 aufgrund jeder Zündung oder Zündfunkenüberschlag der Zündkerze 5 erzeugt wird, wie in Fig. 4 bei (D) gezeigt. Derartige Rauschkomponenten N können aber durch das Rauschfilter 21 im wesentlichen entfernt oder bis auf ein vernachlässigbares Maß verringert werden, bevor sie den Vergleicher 11 erreicht, so wie später beschrieben wird. Der Kurvenverlauf des Ionenstroms I, der von dem Filter 21 abgegeben wird, entsteht deswegen wie in Fig. 2 bei (D′) gezeigt. Wenn der Vergleicher 11 den Rausch-gefilterten Ionenstrom I an seinem ersten Eingang empfängt, erzeugt er ein Rücksetzsignal E′, so wie in Fig. 2 bei (E′) gezeigt. In diesem Fall wird innerhalb einer Periode des Taktsignals A des Signalerzeuger 19 nur eine Art von Rücksetzsignal E′ aufgrund des Ionenstroms alleine erzeugt. Das so erzeugte Rücksetzsignal E′ wird an die ersten und zweiten Zähler 12, 13 weitergegeben. Als Folge davon erzeugt der erste Zähler 12 ein Ausgangssignal 11′, das mit der steigenden Flanke eines Taktimpulses A ansteigt, und an der steigenden Flanke eines von einem Ionenstrom verursachten Rücksetzimpulses zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 abfällt, so wie in Fig. 2 bei (F′) gezeigt. Dementsprechend erzeugt der zweite Zähler 13, so wie in Fig. 4 bei (G′) gezeigt, kein Ausgangssignal oder einen Niedrigpegelausgang zum Zeitpunkt t2, zu dem der Taktimpuls A ansteigt, wodurch in dem Zylinder kein Fehlzünden detektiert wird.

Als nächstes wird der Fall betrachtet, bei dem Fehlzündungen zu einem Zeitpunkt zwischen t2 und t3 auftritt. In diesem Fall wird kein Ionenstrom aufgrund von Fehlzünden während des Zeitpunktes zwischen t2 und t3 erzeugt, so daß der Vergleicher 11 kein Ausgangssignal oder Rücksetzsignal während diesem Zeitabschnitt erzeugt, so wie in Fig. 2 bei (E′) gezeigt. Dementsprechend steigt der Ausgang des ersten Zählers 12 an, wie in Fig. 2 bei (F′) gezeigt, und wird hoch zum Zeitpunkt t2, zu dem ein Taktimpuls A von dem Vergleicher 20 an den Zähler 12 angelegt wird. Der Hochpegelausgang des Zählers 12 fällt oder wird zurückgesetzt zum Zeitpunkt t3, zu dem der nächstfolgende Taktimpuls an den Zähler 12 angelegt wird. Als Folge davon erzeugt der zweite Zähler 13 zum Zeitpunkt t3 einen Hochpegelausgang, der dann durch ein Rücksetzimpuls E′ vom Vergleicher 11 zurückgesetzt wird, so wie in Fig. 2 bei (G′) gezeigt, wodurch Fehlzünden in dem Zylinder 15 detektiert wird.

Wenn nun in Fig. 3 angenommen wird, daß eine Rauschspannung an einem Knotenpunkt P2 zwischen den Dioden 4 und 6 durch Vn bezeichnet wird, eine Rauschspannung an dem Knotenpunkt P1 durch Von, eine elektrostatische Kapazität zwischen dem Knotenpunkt P1 und dem Knotenpunkt P2 durch C1, und eine Kapazität zwischen der Kreuzung P1 und der Erdung durch C2, dann kann die Rauschspannung Von folgendermaßen ausgedrückt werden:

Von = C1 × Vn/(C1 + C2) (1)

Wenn nun in Fig. 1 andererseits angenommen wird, daß eine Rauschspannung an dem Knotenpunkt P1 durch Von′ bezeichnet wird, und eine elektrostatische Kapazität P1′ zwischen dem Knotenpunkt P1 und dem Knotenpunkt P2 durch C1′, dann wird die Rauschspannung Von′ folgendermaßen ausgedrückt:

Von′ - C1′ × Vn/(C1′ + C2) (2)

Aus den obigen Gleichungen (1) und (2) kann entnommen werden, daß C1 größer als C1′ ist (C1 < C1′). Deswegen ist Von′ kleiner als Von (Von′ < Von). Als Folge davon ist der Rauscheffekt aufgrund einer hohen Zündspannung, die durch die Zündspule 3 aufgrund jeder Zündung erzeugt wird, zu einem großen Maß verringert und deswegen im wesentlichen beseitigt.

Claims

1. Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Zündspule (3) und einer Zündkerze (5), welche umfaßt:

a) eine Einstelleinrichtung (1) zum Einstellen des Zündzeitpunktes des Zylinders (15) mit der Zündkerze (5) der Brennkraftmaschine in Synchronisation mit seiner Umdrehung:
und
b) einen Ionenstrom-Detektor (7-13) zum Erfassen eines Ionenstroms, der zwischen den Elektroden der Zündkerze (5) aufgrund der Verbrennung eines Luft-Kraftstoffgemisches in dem Zylinder erzeugt wird;
gekennzeichnet durch
c) einen zwischen der Hochspannungselektrode der Zündkerze und dem Eingang des Ionenstrom- Detektors (7-13) vorgesehenen Filter (21), der eine Vielzahl von in Reihe und in Vorwärtsrichtung geschalteten Dioden (22-1 bis 22-n) und einen Kondensator (23) aufweist, wobei der Filter (21) so dimensioniert ist, daß er das Rauschsignal des Ionenstroms, welches durch den Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze (5) erzeugt wird, im Ionenstrom- Detektor (7-13) unterdrückt.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Einstelleinrichtung (1) den Stromfluß in der Primärwicklung der Zündspule (3) steuert und
- der Filter (21) zwischen dem Ionenstrom-Detektor (7-13) und einem Verbindungspunkt zwischen der Sekundärwicklung, der Zündspule (3) und der Hochspannungselektroden der Zündkerze (5) angeschlossen ist.

3. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Rückstromsperrdiode (6) zwischen dem Verbindungspunkt und dem Filter (21) vorgesehen ist, deren Anode zum Verbindungspunkt zwischen der Sekundärwicklung der Zündspule (3) und der Hochspannungselektrode der Zündkerze (5) und deren Kathode zum Filter (21) hinweist.

4. Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der in Reihe geschalteten Dioden (22-1 bis 22-n) zwischen die Kathode der Rückstromdiode (6) und den Ionenstromdetektor (7-13) geschaltet sind und der Kondensator (23) zwischen die Kathode der Rückstromdiode (6) und Masse geschaltet ist.