DE4204484A1 - Verbrennungsdetektorvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Verbrennungsdetektorvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Insbesondere ist die Erfindung auf eine Verbrennungsdetektorvorrichtung gerichtet, die in der Lage ist, den Zustand der Verbrennung (normale Verbrennung oder abnormale Verbrennung, wie beispielsweise eine Fehlzündung) zu ermitteln, indem ein durch die Verbrennung eines Gemisches erzeugter Ionenstrom mit verbesserter Zuverlässigkeit erfaßt wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst eine bekannte Verbrennungsdetektorvorrichtung für eine Brennkraftmaschine unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, die ein Schaltbild darstellt, das die Schaltungsanordnung der Vorrichtung angibt. Bezugnehmend auf diese Figur hat ein Leistungstransistor (1), der abhängig von der Zuführung eines Zündungssignals ein- und ausgeschaltet wird, einen Kollektor, der mit einer Primärwicklung einer Zündspule (2) verbunden ist, deren Sekundärwicklung an einen beweglichen Kontakt eines Verteilers (3) angeschlossen ist. Eine Anzahl Zündkerzen, die allgemein mit dem Bezugszeichen (4) bezeichnet sind, sind jeweils mit festliegenden oder stationären Kontakten des Verteilers (3) verbunden. Ferner ist eine Anzahl Ionenstromsensordioden jeweils mit den entsprechenden Zündkerzen (4) verbunden und die Diodenausgangsklemmen sind jeweils an eine Ionenstromdetektorschaltung (6) zwecks Erfassung eines Ionenstroms angeschlossen. Die Ionenstromdetektorschaltung (6) enthält einen Komparator (7) zum Vergleich eines Ionenstromdetektorsignals mit einem Bezugswert und zur Erzeugung eines Ausgangssignals an ihrer Ausgangsklemme (8).

Die Betriebsweise der in der vorstehenden Anordnung enthaltenen Verbrennungsdetektorvorrichtung wird anschließend unter Bezugnahme auf eine in Fig. 6 dargestellte Zeitablaufdarstellung beschrieben. Wird ein Zündimpulssignal (S101) mit einer bei (a) in Fig. 6 dargestellten Wellenform einer Basis des Leistungstransistors (1) zugeführt, so wird der Transistor eingeschaltet. Wird der Leistungstransistor (1) bei der Abfallflanke des Zündimpulssignals ausgeschaltet, so wird ein Hochspannungssignal (S102) mit einer bei (b) in Fig. 6 dargestellten Wellenform an der Sekundärwicklung der Zündspule (2) induziert. Das somit erzeugte Hochspannungssignal (S102) wird den Zündkerzen (4) der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine über den Verteiler (3) zugeführt, um die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern zu erzielen. Infolge dieser Verbrennung wird ein Ionenstrom oder Ionenfluß erzeugt. Von dem Ionenfluß werden nur die positiven Ionen oder Kationen durch die Diode (5) erfaßt, so daß ein Ionenstromdetektorsignal (S103) mit einer bei (c) in Fig. 6 dargestellten Wellenform erzeugt und darauf durch den Komparator (7) mit einem Bezugswert verglichen wird. Infolgedessen wird ein Ionenstromdetektorausgangssignal (S104) mit einer bei (d) in Fig. 6 dargestellten Wellenform an der Ausgangsklemme (8) erhalten. Hat das Ionenstromdetektorausgangssignal (S104) einen Hochpegel, so wird entschieden, daß eine normale Verbrennung erfolgt ist. Hat dagegen das Signal (S104) einen Niedrigpegel, so wird das Auftreten einer Fehlzündung entschieden.

Die bekannte Verbrennungsdetektorvorrichtung für eine Brennkraftmaschine hat den Nachteil, daß die Zuverlässigkeit der Ionenstromerfassung und somit die Entscheidung bezüglich des Auftretens einer Verbrennung oder einer Fehlzündung mangelhaft ist, was eine fehlerhafte Entscheidung einschließt. Dies kann durch den Umstand erklärt werden, daß der Detektorpegel zum Vergleich mit dem vorbestimmten Pegel sich insbesondere verschlechtert, wenn die Maschine mit hoher Drehzahl oder unter schwerer Last läuft, da die Ionenstromerfassung auf der Erfassung der positiven Ionen oder Kationen beruht, die bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugt werden.

Ferner wies die bisher bekannte Verbrennungsdetektorvorrichtung die Schwierigkeit auf, daß, falls die Vorrichtung auf einem Kraftfahrzeug installiert ist, ein in den verschiedenen Geräuschquellen im Fahrzeug auftretendes Rauschen auf das Ionenstromdetektorausgangssignal überlagert wird und dadurch zu einem Hochpegel-Detektorsignal führt, das irrtümlich als weiteren Nachteil eine normale Verbrennung anzeigt, selbst wenn eine Fehlzündung erfolgt ist.

Im Hinblick auf den vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbrennungsdetektorvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die immer den Ionenstrompegel mit hoher Zuverlässigkeit richtig erfassen kann.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbrennungsdetektorvorrichtung zu schaffen, die im wesentlichen unempfindlich hinsichtlich des nachteiligen Einflusses eines Rauschens ist, und die diskriminierend Verbrennung und Fehlzündung mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit erfassen kann.

Im Hinblick auf obigen Sachverhalt und weitere Aufgabenstellungen, die im Laufe der Beschreibung hervortreten, wird gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Verbrennungsdetektorvorrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen, die gekennzeichnet ist durch: eine Ionenstromdetektoreinrichtung zur Zuführung einer Spannung positiver Polarität an eine Zündkerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine zur Erfassung eines Ionenstroms negativer Polarität, der durch die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb des Zylinders erzeugt wurde, wobei die Ionenstromdetektoreinrichtung betrieben wird, um ein Ionenstromdetektorsignal negativer Polarität abzugeben; eine Umsetzereinrichtung zur Umsetzung des Ionenstromdetektorsignals in ein Signal positiver Polarität; und eine Wellenformereinrichtung zum Formen des Signals positiver Polarität aus der Umsetzereinrichtung unter Verwendung einer vorgegebenen Spannung zwecks Vergleich zur Erzeugung eines Verbrennungsdetektorsignals, das den Zustand der Verbrennung im Zylinder angibt.

Vorzugsweise ist eine Filteranordnung vorgesehen, um den Durchtritt allein des Ausgangssignals der Wellenformeranordnung zu gestatten, dessen Dauer eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verbrennungsdetektorvorrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen, die gekennzeichnet ist durch: eine Ionenstromdetektoreinrichtung zur Zuführung einer Spannung positiver Polarität an eine Zündkerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine zwecks Erfassung eines Ionenstroms negativer Polarität, der durch Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb des Zylinders erzeugt wird, und die Ionenstromdetektoreinrichtung betrieben wird, um ein Ionenstromdetektorsignal negativer Polarität abzugeben; eine Vorspannungseinrichtung zum Verschieben des Ionenstromdetektorsignals negativer Polarität durch eine vorgegebene Vorspannung zu einem positiven Signal; eine erste Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des verschobenen Ionenstromdetektorsignals positiver Polarität mit einem ersten Bezugssignal positiver Polarität; eine Filtereinrichtung, um den Durchtritt allein des Ausgangssignals der ersten Vergleichseinrichtung zu gestatten, deren Dauer eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet; eine zweite Vergleichseinrichtung zum Vergleich des Ausgangs der Filtereinrichtung mit einer zweiten Bezugsspannung; und eine Invertereinrichtung zum Invertieren des Spannungspegels des Ausgangssignals der zweiten Vergleichseinrichtung von einem Hochpegel zu einem Niedrigpegel und umgekehrt, um ein Signal zu liefern, das den Zustand der Verbrennung innerhalb des Zylinders angibt.

Die vorstehenden und weiteren Aufgabenstellungen, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungen der Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung einer Verbrennungsdetektorvorrichtung für eine Brennkraftmaschine entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Wellenformdarstellung zur Erläuterung des Betriebes der Verbrennungsdetektorvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Schaltungsanordnung, die jedoch eine Verbrennungsdetektorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 4 eine Wellenformdarstellung zur Erläuterung des Betriebes der in Fig. 3 angegebenen Vorrichtung;

Fig. 5 eine Schaltungsdarstellung einer bekannten Verbrennungsdetektorvorrichtung; und

Fig. 6 eine Wellenformdarstellung zur Erläuterung des Betriebes derselben.

Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen in Verbindung mit bevorzugten oder beispielhaften Ausführungen derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Verbrennungsdetektorvorrichtung (6A) gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur sind Bauelemente, die mit den Bezugszeichen (1-5) bezeichnet sind, die gleichen, wie sie in Fig. 5 angegeben wurden. Entsprechend kann eine Wiederholung ihrer Beschreibung unterbleiben. Die Verbrennungsdetektorvorrichtung (6A) entsprechend der ersten Ausführungsform enthält eine Ionenstromdetektorschaltung, die allgemein mit dem Bezugszeichen (101) bezeichnet ist, und die eine Spannung positiver Polarität an jede Zündkerze (4) anlegt, um einen Ionenstrom negativer Polarität zu erfassen, der durch Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb eines jeden Zylinders erzeugt wird und um ein entsprechendes Ionenstromdetektorsignal negativer Polarität zu erzeugen, eine Umsetzereinrichtung in Gestalt einer Inverterschaltung, die allgemein durch das Bezugszeichen (103) bezeichnet ist, um das Ionenstromdetektorsignal in ein Signal positiver Polarität umzusetzen, und eine Wellenformeranordnung (105), die das Ausgangssignal der Inverterschaltung (103) mit einer vorgegebenen Schwellenspannung vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal aus der Inverterschaltung (103) höher als eine vorgegebene Bezugsspannung ist. Die Ionenstromdetektorschaltung (101) enthält eine Gleichstromversorgung (101a), deren positive Klemme über einen Widerstand (101b) mit einem Ende einer Sekundärwicklung der Zündspule (2) verbunden ist, deren anderes Ende über einen Verteiler (3) an die Zündkerzen (4) angeschlossen ist, sowie eine Reihenschaltung eines Kondensators (101c) und eines Widerstandes (101d), die parallel zu einer Reihenschaltung des Widerstandes (101b) und der Stromversorgung (101a) zwischen dem einen Ende der Sekundärwicklung der Zündspule (2) und Erde liegen. Die Umsetzerschaltung (103) enthält einen Inverter (103a) mit einer negativen Eingangsklemme, die über einen Widerstand (101e) mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (101c) und dem Widerstand (101d) angeschlossen ist, sowie eine positive Eingangsklemme, die an Erde liegt, und eine Ausgangsklemme, die über einen Widerstand (103b) mit der negativen Eingangsklemme verbunden ist. Der Inverter (103a) invertiert die Polarität des Ausgangssignals (S3) (das bei (c) in Fig. 2 dargestellt ist) der Ionenstromdetektorschaltung (101) und erzeugt ein Ausgangssignal (das bei (d) in Fig. 2 angegeben ist) mit positiver Polarität. Die Wellenformeranordnung (105) umfaßt einen Komparator mit einer positiven Eingangsklemme, die an die Ausgangsklemme des Komparators (103a) der Inverterschaltung (103) angeschlossen ist, eine negative Eingangsklemme, an die eine vorgegebene Schwellenspannung mittels einer Schwellenwerterzeugerschaltung (105a) gelegt wird, und eine Ausgangsklemme zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn das Ausgangssignal aus dem Inverter (103a) höher ist als die vorgegebene Schwellenspannung, die der negativen Eingangsklemme zugeführt wird.

Die Verbrennungsdetektorvorrichtung (6A) umfaßt ferner eine Filtereinrichtung in Gestalt eines Tiefpasses, die allgemein durch das Bezugszeichen (107) bezeichnet wird und die den Durchtritt allein jenes Ausgangssignals des Komparators (105) gestattet, dessen Dauer eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet. Insbesondere enthält der Tiefpaß (107) eine Reihenschaltung eines Widerstandes (107a) und eines Kondensators (107b), die zwischen der Ausgangsklemme des Komparators (105) und Erde liegt, wobei eine Diode (107c) parallel zum Widerstand (107a) geschaltet ist und zwischen den entgegengesetzten Enden desselben liegt. Ein Komparator (107d) hat eine positive Eingangsklemme, die an einem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand (107a) und dem Kondensator (107b) angeschlossen ist, eine negative Eingangsklemme, die an einen Verbindungspunkt zwischen einer Reihenschaltung von Widerständen (107e, 107f) angeschlossen ist, die in Reihe zwischen einer Stromversorgung und Erde liegen, um eine vorgegebene Schwellenspannung an die negative Eingangsklemme zu legen, und eine Ausgangsklemme, die mit einer Ausgangsklemme (109) der Verbrennungsdetektorvorrichtung (6A) verbunden ist.

Ferner ist die Sekundärwicklung der Zündspule (2) an einem Ende über den Widerstand (101b) mit der positiven Klemme der Stromversorgung (101a) verbunden, und am anderen Ende an einen beweglichen Kontakt des Verteilers (3) angeschlossen. Schließlich sind eine Anzahl Ionenstromdetektordioden (5) im Verteiler (3) derart enthalten, daß sie einen elektrischen Stromfluß von der Sekundärwicklung der Zündspule (2) zu den Zündkerzen (4) gestatten, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Bei einer derartigen Anordnung wird eine positive Spannung zwischen die Elektroden einer jeden Zündkerze (4) gelegt, so daß die Elektroden negative Ionen und freie Elektronen, die während der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder der Maschine erzeugt werden, fangen oder anziehen können. In diesem Zusammenhang sollte ferner angemerkt werden, daß die Menge der dabei erzeugten negativen Ionen (oder Anionen) und freier Elektronen viel größer als jene der positiven Ionen (oder Kationen) ist.

Der Betrieb der Verbrennungsdetektorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf eine in Fig. 2 angegebene Wellenformdarstellung beschrieben. Wird ein Zündsignal (S1) mit einer Impulswellenform gemäß (a) in Fig. 2 der Basis des Leistungstransistors (1) zugeführt, so wird der Transistor (1) eingeschaltet, und er wird an der Abfallflanke des Zündimpulses ausgeschaltet, so daß eine hohe Spannung (S2) gemäß (b) in Fig. 2 an der Sekundärwicklung der Zündspule (2) erzeugt und beim Verteilvorgang den Zündkerzen (4) der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine über den Verteiler (3) zugeführt wird, um an jeder Zündkerze (4) einen Funken zu erzeugen. Infolgedessen erfährt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des zugeordneten Zylinders eine explosive Verbrennung, die von einer Erzeugung eines Ionenstroms oder Ionenflusses begleitet ist. Die in diesem Ionenstrom enthaltenen negativen Ionen wie auch die freien Ionen werden der Ionenstromdetektorschaltung (101) als Ionenstromdetektorsignal (S2) zugeführt, wie bei (b) in Fig. 2 dargestellt ist, über die jeweiligen Dioden (5) im Verteiler (3) und die Sekundärwicklung der Zündspule (2). Die Ionenstromdetektorschaltung (101) erzeugt ein Ionenstromdetektorsignal (S3), das bei (c) in Fig. 2 angegeben ist, und das darauf in seiner Polarität durch die Inverterschaltung (103) invertiert wird, so daß ein Signal (S4) mit einer in Fig. 2 bei (d) gezeigten Wellenform aus der Inverterschaltung (103) abgegeben und anschließend dem Komparator (105) zum Vergleich mit einer vorgegebenen Bezugsspannung zugeführt wird. Somit wird am Ausgang des Komparators (105) ein Signal erzeugt, das eine Wellenform hat, die in Fig. 2 bei (e) angegeben ist. Das Signal (S5) wird dann dem Tiefpaß (107) zugeführt, wo es gefiltert oder in ein Signal (S6) geformt wird, dessen Wellenform in Fig. 2 bei (f) angegeben ist. Dieses Signal (S6) wird ferner mit einer Bezugsspannung durch den Komparator (107d) verglichen, dessen Ausgang ein Ionenstromdetektorausgangssignal (S7) darstellt, wie bei (g) in Fig. 2 angegeben ist. Solange dieses Ionenstromdetektorausgangssignal (S7) auf einem Hochpegel ist, wird entschieden, daß eine normale Verbrennung im Zylinder stattfindet. Nimmt dagegen das Ionenstromdetektorausgangssignal (S7) einen Niedrigpegel an, so wird entschieden, daß eine abnormale Verbrennung (beispielsweise das Auftreten einer Fehlzündung) vorliegt. Es sei am Rande angemerkt, daß experimentell ermittelt wurde, daß die Menge der negativen Ionen und der freien Elektronen mehrere zehn Mal größer ist als jene der positiven Ionen. Infolgedessen kann ein ausreichend hoher Ionenstromdetektorpegel gewährleistet werden. Dabei ist anzumerken, daß die Bezugsspannung des Komparators (105) konstant oder veränderlich eingestellt werden kann, abhängig von den Betriebsparametern der Maschine, wie beispielsweise der Maschinendrehzahl, der Maschinenlast und dergleichen.

Wie nunmehr gewürdigt werden kann, ist es dank einer derartigen Anordnung - bei welcher die negativen Ionen und freien Elektronen in dem bei Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugten Ionenfluß extrahiert und in ein Signal positiver Polarität umgeformt werden, das dann einem Wellenformungsvorgang unterzogen wird, um dadurch ein Ionenstromermittlungsausgangssignal zu erhalten - möglich, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, den Ionenstrom genau zu erfassen, selbst wenn die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl oder hoher Last läuft.

Die Beschreibung ist nunmehr auf eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbrennungsdetektorvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 3 gerichtet, in der gleiche Bauelemente wie in Fig. 1 durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden und deshalb eine Wiederholung der Beschreibung entfällt. Die Verbrennungsdetektorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, die allgemein mit dem Bezugszeichen (6B) bezeichnet ist, umfaßt eine Ionenstromdetektorschaltung (201), um eine Spannung positiver Polarität einer jeden Zündkerze (4) zuzuführen, zwecks Erfassung eines Ionenstroms negativer Polarität, der durch Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb eines jeden Zylinders erzeugt wird und zwecks Erzeugung eines entsprechenden Ionenstromermittlungssignals negativer Polarität, eine Vorspannungsschaltung (203) um Verschieben des Ionenstromermittlungssignals aus der Ionenstromdetektorschaltung (201) um eine vorgegebene Vorspannung zur Lieferung eines verschobenen Ionenstromdetektorsignals positiver Polarität, einen Komparator (205) zum Vergleich des verschobenen Ionenstromdetektorsignals mit einer ersten Bezugsspannung (VTH1) positiver Polarität, die um einen vorgegebenen Wert von der Vorspannung verschoben wird, eine Filtereinrichtung (207) in Gestalt eines Tiefpasses, um nur den Durchtritt des Ausgangssignals des Komparators (205) zu gestatten, dessen Dauer eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet, und eine Inverterschaltung (209) zum Invertieren der Polarität des Ausgangssignals der Filtereinrichtung (207) zwecks Lieferung eines Signals positiver Polarität, das den Zustand der Verbrennung innerhalb des Zylinders angibt.

Die Ionenstromdetektorschaltung (201) enthält eine Reihenschaltung eines Kondensators (201a) und einer Diode (201b), die zwischen einem Ende einer Sekundärwicklung und der Zündspule (2) liegen, wobei eine Zener-Diode (201c) parallel zu ihnen geschaltet ist. Die Ionenstromdetektorschaltung (201) erzeugt ein Ionenstromsignal (S11) mit einer Wellenform, die dem Ausgangssignal (S3) der Ionenstromdetektorschaltung (101) der Fig. 1 ähnlich ist, wie bei (a) in Fig. 4 gezeigt ist.

Die Vorspannungsschaltung (203) enthält eine Reihenschaltung eines Widerstandes (203a) und eines Widerstandes (203b), die zwischen einem Verbindungspunkt des Kondensators (201a) und der Diode (201b) und Erde angeschlossen ist, einen Kondensator (203c), dessen eines Ende an einem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen (203a, 203b) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung von Widerständen (203d, 203e), die zwischen einer Stromversorgung (211) und Erde angeschlossen ist, wobei ein dazwischenliegender Verbindungspunkt an das andere Ende des Kondensators (203c) angeschlossen ist, und eine Reihenschaltung von Dioden (203f, 203g), die zwischen der Stromversorgung (211) und Erde liegt, wobei ein zwischen ihnen liegender Verbindungspunkt an einen Verbindungspunkt zwischen den Widerständen (203d, 203e) angeschlossen ist. Die Vorspannungsschaltung (203) verschiebt das negative Ausgangssignal (S11) der Ionenstromdetektorschaltung (201) um eine vorgegebene Vorspannung (VCC) zu einem positiven Signal (S12), wie bei (b) in Fig. 4 dargestellt ist.

Der Komparator (205) hat eine negative Eingangsklemme, die an den Verbindungspunkt zwischen den Dioden (203f, 203g) angeschlossen ist, und eine positive Eingangsklemme, die an einem Verbindungspunkt zwischen Widerständen (205a, 205b) angeschlossen ist, sowie eine Ausgangsklemme, die über einen Widerstand (205c) mit der positiven Eingangsklemme verbunden ist. Somit wird die verschobene Spannung (S12) aus der Vorspannungsschaltung (203) der negativen Eingangsklemme des Komparators (205) zugeführt, während eine erste vorgegebene, positive Bezugsspannung (VTH1) an die positive Eingangsklemme des Komparators (205) gelegt wird, so daß der Komparator (205) ein Hochpegelsignal erzeugt, wenn das verschobene Signal (S12) niedriger als die erste Bezugsspannung (VTH1) ist, wie bei (c) in Fig. 4 angegeben wird, womit die Wellenform des verschobenen Signals (S12) ordnungsgemäß geformt wird.

Der Tiefpaß (207) enthält einen Widerstand (207a), dessen eines Ende an die Stromversorgung (211) angeschlossen ist und dessen anderes Ende mit der Ausgangsklemme des Komparators (205) verbunden ist, einen Widerstand (207b), dessen eines Ende an einen Verbindungspunkt zwischen der Ausgangsklemme des Komparators (205) und dem Widerstand (207a) angeschlossen ist, und dessen anderes Ende über eine Diode (207c) mit einem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen (207a, 207b) verbunden ist, und einen Kondensator (207d), der zwischen dem anderen Ende des Widerstandes (207b) und Erde angeschlossen ist. Ein Komparator (207e) hat eine negative Eingangsklemme, die an einem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand (207b) und dem Kondensator (207d) angeschlossen ist, eine positive Eingangsklemme, die an einem Verbindungspunkt zwischen Widerständen (207f, 207g) angeschlossen ist, und eine Ausgangsklemme, die über einen Widerstand (207h) mit der positiven Eingangsklemme verbunden ist. Somit wird das Ausgangssignal (S13) des Komparators (205) durch den Tiefpaß (207) gefiltert, um gemäß (d) in Fig. 4 ein gefiltertes Signal (S14) zu ergeben, das dann der negativen Eingangsklemme des Komparators (207e) zum Vergleich mit einer zweiten vorgegebenen Bezugsspannung (VTH2) zugeführt wird, die an dessen positive Eingangsklemme zugeführt wird. Der Komparator (207e) erzeugt ein Hochpegel-Ausgangssignal, wenn das Signal (S14) niedriger als die zweite Bezugsspannung (VTH2) ist, wie bei (e) in Fig. 4 angegeben ist, und maskiert das gefilterte Ausgangssignal (S14) während einer vorgegebenen Zeitdauer.

Die Inverterschaltung (209) enthält einen Transistor (209a), dessen Basis über einen Widerstand (209b) an die Ausgangsklemme des Komparators (207e) angeschlossen ist, einen mit Erde verbundenen Emitter, und einen Kollektor, der mit einer Ausgangsklemme (208) der Verbrennungsdetektorvorrichtung (6B) verbunden ist. Ein Widerstand (209c) ist an seinem einen Ende an die Stromversorgung (211) angeschlossen und an seinem anderen Ende an einen Verbindungspunkt zwischen der Ausgangsklemme des Komparators (209e) und dem Widerstand (209b). Ein Widerstand (209d) ist an seinem einen Ende an einem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand (209b) und der Basis des Transistors (209a) angeschlossen, und am anderen Ende mit Erde verbunden. Ein Kondensator (209e) ist zwischen dem Kollektor des Transistors (209a) und Erde angeschlossen. Die Inverterschaltung (209) invertiert den Spannungspegel des Ausgangssignals des Komparators (207e) von einem Hochpegel zu einem Niedrigpegel und umgekehrt, um ein invertiertes Signal (S16) zu liefern, wie bei (f) in Fig. 4 angegeben ist.

Der Betrieb der Verbrennungsdetektorvorrichtung (6B) der Fig. 3 wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Wellenformdarstellungen der Fig. 4 beschrieben. Der Leistungstransistor (1) wird abhängig von einer Anstiegsflanke eines seiner Basis zugeführten Zündsignals eingeschaltet. Beim Ausschalten des Leistungstransistors (1) wird eine hohe Spannung an der Sekundärwicklung der Zündspule (2) induziert und den Zündkerzen (4) der einzelnen Zylinder mittels des Verteilers (3) zugeführt. Infolgedessen erfolgt eine Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in jedem Zylinder, was von einer Erzeugung eines Ionenstroms oder Ionenflusses begleitet ist, aus dem negative Ionen und freie Elektronen durch die zugeordnete Diode (5) als ein Ionenstromermittlungssignal (S11) mit einer Wellenform gemäß (a) in Fig. 4 erfaßt werden. Dieses Signal (S11) wird durch die Vorspannung (VCC) einer vorgegebenen Größe mittels der Vorspannungsschaltung (203) verschoben, um ein Signal (S12) zu ergeben, wie durch VBIAS bei (b) in Fig. 4 angegeben ist, das darauf dem Komparator (205) zugeführt wird, wo es mit der ersten Bezugsspannung (VTH1) verglichen wird, damit ein Ausgangssignal (S13) gemäß (c) in Fig. 4 erhalten wird. Das Ausgangssignal (S13) wird darauf durch den Tiefpaß (207) geschickt, damit ein Ausgangssignal (S14) mit einer Wellenform gemäß (d) in Fig. 4 erhalten wird. Dieses Signal (S14) wird ferner mit der zweiten Bezugsspannung (VTH2) mittels des Komparators (207e) verglichen, so daß ein Signal (S15) gemäß (e) in Fig. 4 erhalten wird, nachdem es während einer vorgegebenen Zeitdauer maskiert worden ist. Das Signal (S15) wird dann bezüglich seines Pegels durch die Inverterschaltung (209) invertiert, deren Ausgang das Ionenstromdetektorausgangssignal (S13) einer Wellenform gemäß (f) in Fig. 4 darstellt. Wie vorstehend beschrieben wurde, zeigt ein Hochpegel des Ionenstromdetektorausgangssignals (S16) eine normale Verbrennung an, während ein Hochpegel desselben eine abnormale Verbrennung oder das Auftreten einer Fehlzündung darstellt.

Mit der erfindungsgemäßen Lehre, die in der Verbrennungsdetektorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung realisiert ist, kann der Ionenstrom sicher und zuverlässig erfaßt werden, selbst bei hoher Drehzahl oder hoher Belastung der Brennkraftmaschine, wie bei der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Schließlich ist bei den vorstehenden Ausführungsformen der Tiefpaß (107, 207) so bemessen, daß er nur das geformte Signal einer Wellenform hindurchtreten läßt, die eine Impulsweite oder Dauer hat, die eine vorgegebene Länge überschreitet. Gewöhnlich sind Geräusche, die in verschiedenen Quellen in einem Kraftfahrzeug auftreten, das mit der Verbrennungsdetektorvorrichtung ausgestattet ist, von sehr kurzer Dauer. Daher können diese Rauschkomponenten durch den Tiefpaß (107, 207) ausgefiltert werden, wodurch die Gefahr, daß Rauschkomponenten irrtümlich als der Verbrennung zugehörig bestimmt werden, ausgeschlossen werden kann. Anders ausgedrückt, Verbrennung und Fehlzündung können eindeutig und diskriminierend voneinander auf der Grundlage des Ausgangssignals (S6, S16) der Ionenstromdetektorschaltung (6A, 6B) identifiziert werden, ohne daß sie durch Rauschen nachteilig beeinflußt werden. Infolgedessen kann eine Einrichtung zur Unterscheidung eines Rauschens gegenüber dem eigentlichen Verbrennungssignal, die ansonsten erforderlich wäre, eingespart werden.

Die vielen Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Einzelbeschreibung und die anliegenden Ansprüche sollen alle derartigen Merkmale und Vorteile der Erfindung, die vom Erfindungsgedanken erfaßt werden, umfassen. Da ferner zahlreiche Modifizierungen und Änderungen für den Fachmann offensichtlich sind, ist die Erfindung nicht auf die genaue Ausführung und Betriebsweise beschränkt, wie sie dargestellt und beschrieben ist, und die Modifizierungen und Äquivalente werden im Rahmen der Ansprüche von der Erfindung mit umfaßt.

Claims (8)

1. Verbrennungsdetektorvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch:
eine Ionenstromdetektoreinrichtung (101; 201) zur Zuführung einer Spannung positiver Polarität an eine Zündkerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine zur Erfassung eines Ionenstroms negativer Polarität, der durch die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb des Zylinders erzeugt wurde, wobei die Ionenstromdetektoreinrichtung betrieben wird, um ein Ionenstromermittlungssignal negativer Polarität abzugeben;
eine Umsetzereinrichtung (103) zur Umsetzung des Ionenstromermittlungssignals in ein Signal positiver Polarität; und
eine Wellenformereinrichtung (105) zum Formen des Signals positiver Polarität aus der Umsetzereinrichtung unter Verwendung einer vorgegebenen Spannung zwecks Vergleich zur Erzeugung eines Verbrennungsdetektorsignals, das den Zustand der Verbrennung im Zylinder angibt.

2. Verbrennungsdetektorvorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Filtereinrichtung (107), die den Durchtritt allein des Ausgangssignals der Wellenformereinrichtung (105) gestattet, dessen Dauer eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet.

3. Verbrennungsdetektorvorrichtung nach Anspruch l, ferner gekennzeichnet durch eine Zündspule (2) mit einer Primärwicklung, an die ein Zündimpulssignal angelegt wird, und einer Sekundärwicklung, die induktiv mit der Primärwicklung gekoppelt ist, die Sekundärwicklung ein erstes Ende positiver Polarität hat, das an die Zündkerze angeschlossen ist, und ein zweites Ende negativer Polarität, das an einen Eingang der Ionenstromdetektoreinrichtung (101) angeschlossen ist.

4. Verbrennungsdetektorvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende der Sekundärwicklung an eine Anzahl Zündkerzen mittels eines Verteilers (3) angeschlossen ist, der bewegliche und stationäre Kontakte aufweist und zwischen denen eine Ionenstromdetektordiode (5) angeschlossen ist.

5. Verbrennungsdetektorvorrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenformereinrichtung (105) einen Komparator zum Vergleich des Ausgangssignals der Umsetzereinrichtung (103) mit einem vorgegebenen Schwellenwert umfaßt.

6. Verbrennungsdetektorvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch:
eine Ionenstromdetektoreinrichtung (201) zur Zuführung einer Spannung positiver Polarität an eine Zündkerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine zwecks Erfassung eines Ionenstroms negativer Polarität, der durch Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb des Zylinders erzeugt wird, und die Ionenstromdetektoreinrichtung betrieben wird, um ein Ionenstromdetektorsignal negativer Polarität abzugeben;
eine Vorspannungseinrichtung (203) zum Verschieben des Ionenstromdetektorsignals negativer Polarität durch eine vorgegebene Vorspannung zu einem positiven Signal;
eine erste Vergleichseinrichtung (205) zum Vergleichen des verschobenen Ionenstromdetektorsignals positiver Polarität mit einem ersten Bezugssignal (VTH1) positiver Polarität;
eine Filtereinrichtung (207), um den Durchtritt allein des Ausgangssignals der ersten Vergleichseinrichtung zu gestatten, deren Dauer eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet;
eine zweite Vergleichseinrichtung (207e) zum Vergleich des Ausgangs der Filtereinrichtung mit einer zweiten Bezugsspannung (VTH2); und
eine Invertereinrichtung (209) zum Invertieren es Spannungspegels des Ausgangssignals der zweiten Vergleichseinrichtung von einem Hochpegel zu einem Niedrigpegel und umgekehrt, um ein Signal zu liefern, das den Zustand der Verbrennung innerhalb des Zylinders angibt.

7. Verbrennungsdetektorvorrichtung nach Anspruch 6, ferner gekennzeichnet, durch eine Zündspule (2) mit einer Primärwicklung, der ein Zündimpulssignal zugeführt wird, und einer Sekundärwicklung, die induktiv mit der Primärwicklung gekoppelt ist, und die Sekundärwicklung ein erstes Ende positiver Polarität hat, das an die Zündkerze angeschlossen ist, und ein zweites Ende negativer Polarität, das an einen Eingang der Ionenstromdetektoreinrichtung (201) angeschlossen ist.

8. Verbrennungsdetektorvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende der Sekundärwicklung an eine Anzahl Zündkerzen über einen Verteller (3) angeschlossen ist, der bewegliche und festliegende Kontakte hat, zwischen denen eine Ionenstromdetektordiode (5) angeschlossen ist.