EP0790409B1 - Schaltungsanordnung zur Ionenstrommessung in Zündvorrichtungen für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Ionenstrommessung in Zündvorrichtungen für Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0790409B1
EP0790409B1 EP97101843A EP97101843A EP0790409B1 EP 0790409 B1 EP0790409 B1 EP 0790409B1 EP 97101843 A EP97101843 A EP 97101843A EP 97101843 A EP97101843 A EP 97101843A EP 0790409 B1 EP0790409 B1 EP 0790409B1
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EP
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voltage
ignition
circuit arrangement
circuit
measuring
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EP0790409A3 (de
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Ulrich Dr. Bahr
Michael Daetz
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/10—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having continuous electric sparks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/045—Layout of circuits for control of the dwell or anti dwell time
    • F02P3/0453—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F02P3/0456—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for ion current measurement according to the preamble of claim 1.
  • This known generation of the measuring voltage is relatively simple, but requires a large storage capacitor.
  • the measuring voltage is special for longer measuring phases, as they occur at low speeds, not constant, since the storage capacitor discharged by the measuring current becomes.
  • the measuring current therefore has a current superimposed by the discharge caused by stray capacitances in spark plug, ignition coil and leads becomes.
  • the measuring current is a leakage current through the Voltage limiting used Zener diode superimposed.
  • Another Disadvantage of this known circuit arrangement is that the Current measuring resistor is connected in series with the storage capacitor. This causes a non-linearity, since the voltage applied to the Ionenmeßorder Voltage is a function of the measured value.
  • a voltage positive polarity applied to the spark plug to an ion current with negative polarity caused by the combustion becomes.
  • This voltage is generated by a capacitor with the low potential side the secondary winding of the ignition coil connected by means of the charged via a diode electric ignition current is to get the voltage with positive polarity.
  • a zener diode provides the voltage limiting on the capacitor.
  • the capacitor current is supplied to a current / voltage conversion unit to the off converting the ionic current flowing to the capacitor into a voltage.
  • the o. G. Disadvantage of a nonlinearity not on, as in the Current / voltage converter the negative terminal of the capacitor on one virtual ground potential is maintained.
  • the two known circuit arrangements have the disadvantage in common, that for measuring the ion current, a voltage between 70 V and 400 V. is required, the to the ion measuring path, d. H. to the spark plug one Internal combustion engine is to create.
  • a circuit arrangement for ion current measurement known in which a measuring voltage through one on the primary side the ignition coil applied AC voltage is generated. there is the applied on the primary side AC voltage across the ignition coil transformed to a higher voltage level, with frequencies in the Range from 10 kHz to 100 kHz.
  • the ion current signal causes an amplitude modulation of the alternating current generated on the secondary side.
  • a disadvantage of this known circuit arrangement is on the one hand the use of filters containing the ionic current signal whose useful frequency range between 100 Hz and 20 kHz, separate from the carrier signal and on the other hand, the AC excitation due to the imbalance the ionic current characteristic resulting nonlinear distortions.
  • zener diodes For the derivation of the ignition current generated during ignition are two zener diodes connected in series are connected to the secondary circuit. To Compensation of the occurring in these Zener diodes leakage - the the ion current measurement falsified - a control loop is provided, which likewise is controlled by the output of the operational amplifier.
  • This control loop is from another operational amplifier with appropriate constructed of resistors and capacitor existing circuitry.
  • the object of the present invention is a circuit arrangement specify the type mentioned above, the o. g. disadvantage avoids, to a high measurement quality of the ion stream in the combustion chamber an internal combustion engine leads and feasible with little effort is.
  • circuit means are provided, with which a constant measuring voltage applied to the secondary circuit of the ignition coil which has a voltage value equal to or less than the value the voltage of the electrical system is and further provided a rectifier element is that the ignition current generated during the ignition of the spark plug derives from the electrical system.
  • particularly preferred embodiment of the invention become the measuring sections of serving as ion current probes spark plugs an internal combustion engine connected in parallel, so that thereby the Circuit complexity remains extremely low.
  • the ignition coil is a differential amplifier provided.
  • the differential amplifier is connected as an inverting amplifier, so that the desired voltage is applied to the other input.
  • the simplest circuit In as a measuring signal serving voltage, which then an evaluation is supplied.
  • FIG. 1 shows a transistor ignition system, with only the sake of simplicity a Zündendto with a spark plug Zk for an internal combustion engine is shown.
  • the ignition output stage comprises an ignition coil Tr with primary and secondary circuits, consisting of a primary and secondary winding, wherein the already mentioned spark plug Zk is connected to the secondary winding.
  • the primary winding is connected with its one connection to a vehicle battery supplied by a board battery voltage U B, for example, 12 V and connected with its other terminal to a firing transistor 1.
  • This ignition transistor 1 is controlled by the control electrode of a control circuit 2, are supplied to the ignition transistor 1 via the connecting line ignition triggering pulses.
  • the secondary winding is connected with its high voltage side to the spark plug Zk, while the low potential side is guided to the inverting input of a differential amplifier 3.
  • a constant reference voltage U ref preferably 5 V, is applied to the non-inverting input of this differential amplifier 3, this constant reference voltage being generated by a constant-voltage source 6.
  • This constant reference voltage U ref is supplied via this differential amplifier 3 to the secondary circuit of the ignition coil Zk and passes through this as MeB voltage U meß to the working as Ionenstrommeßorder spark plug Zk.
  • the differential amplifier 3 is constructed as an inverting amplifier by its inverting input via a resistor R with its output connected is.
  • diodes D1 and D2 are present, which derive the ignition current to ground or to the vehicle electrical system potential.
  • the diode D1 is so connected between the Invertlerenden input of the differential amplifier 3 and the electrical system U B , that the ignition can flow to the electrical system.
  • the second diode D2 lies with its anode at the ground potential and is also connected with its cathode to the inverting input of the differential amplifier 3.
  • a resistor (not shown in FIG. 1) in the supply line be provided to the inverting input of the differential amplifier 3, which additionally limits the current flowing into the differential amplifier 3.
  • the inverting differential amplifier 3 converts the ion current into a voltage U ion , which is supplied as a measuring signal to an evaluation unit 5.
  • the secondary circuit of the ignition coil Tr supplied measuring voltage U meß here preferably 5 V, is constant during the entire measurement period. Since the ion measuring current is in the ⁇ A range, a differential amplifier 3 is used with a low input current, which is currently available at low cost. Due to the low-impedance provision of this measuring voltage U meß accounts transhipment of stray capacitances, as in other known systems with AC load , as z. B. knocking combustion can occur. This advantage of the invention is particularly noticeable when several ion current measuring sections are operated in parallel, as will be explained below with reference to FIG. 2, because in this case the effective stray capacitance can multiply.
  • FIG. 1 further shows a control unit 4 which performs the function of engine management takes over and in turn controls the control circuit 2.
  • this ECU 4 via an input E motor parameters, such as load, speed and temperature supplied.
  • Corresponding actuators are controlled via outputs A.
  • the generated by the evaluation circuit 5 Ion current signal is also supplied to the control unit 4.
  • the ion current signal can be used to control the knocking of the To detect internal combustion engine and via a control of the ignition timing to build up a corresponding knock control.
  • Another application is to detect the ion current signal for detection of flare misfires.
  • Figure 2 shows a transistorized a 4-cylinder internal combustion engine having each cylinder associated ignition output stages, each ignition of an ignition coil Tr 1 ... Tr 4, each with a firing transistor 1a ... 1d and associated spark plug Zk 1 ... Zk 4 is constructed.
  • the ignition transistors 1a ... 1d are connected via their control electrodes of a Circuit 2a driven to the cylinder selection, which in turn with a Control circuit 2 is connected to the corresponding Zündausletteimpulse for the individual cylinders this circuit 2a supplies.
  • control unit 4 which drives the control circuit 2.
  • the low potential side of the secondary circuit of each ignition coil Tr 1 ... Tr 4 is led to a circuit node S, which is connected to the inverting input of a differential amplifier 3.
  • This differential amplifier 3 is also constructed as an inverter of the amplifier by means of a resistor R connecting the inverting input to the output.
  • the non-inverting input of this differential amplifier 3 is supplied with a constant reference voltage U ref , which is generated by a constant-voltage source 6.
  • This constant reference voltage U ref is smaller than the vehicle electrical system voltage and is 5 V and leads to the desired voltage U measured at circuit node S and therefore also to the parallel ion current paths of the spark plug Zk 1 ... Zk. 4
  • diodes D1 and D2 for the derivation of the ignition current to ground or vehicle electrical system intended.
  • the measuring signal U ion obtained at the output of the differential amplifier 3 is fed to an evaluation circuit 5, which in turn is controlled by a control unit 4 whose function corresponds to that control unit from FIG.
  • the circuit arrangement according to the invention for ion current measurement is not only in transistor ignition systems, as in the two embodiments used, but also in alternating currents or high voltage capacitor ignitions.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ionenstrommessung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche schaltungsanordnung ist aus den Druckschriften DE-OS 30 06 665 und DE 19 50 24 02 A1 bekannt.
So wird bei der Schaltungsanordnung nach der DE-OS 30 06 665 zwischen der Hochspannungsquelle und der Zündkerze ein Element (Zenerdlode oder Varistor) geschaltet, an dem eine konstante Spannung abfällt und dem ein Kondensator zugeordnet ist, an dem sich die an dem Element abfallende Spannung aufbaut, so daß diese Spannung als Meßspannungsquelle verwendbar ist. Der Kondensator kann dabei parallel zur Zenerdiode bzw. dem Varistor über weitere in Laderichtung geschaltete Dioden verbunden werden.
Diese bekannte Erzeugung der Meßspannung ist relativ einfach, erfordert jedoch einen großen Speicherkondensator. Die Meßspannung ist besonders bei längeren Meßphasen, wie sie bei niedrigen Drehzahlen vorkommen, nicht konstant, da der Speicherkondensator durch den Meßstrom entladen wird. Dem Meßstrom ist daher ein Strom überlagert, der durch die Entladung von Streukapazitäten in Zündkerze, Zündspule und Zuleitungen hervorgerufen wird. Weiterhin ist dem Meßstrom ein Leckstrom durch die zur Spannungsbegrenzung verwendete Zenerdiode überlagert. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Strommeßwiderstand in Reihe zum Speicherkondensator geschaltet ist. Dieses bewirkt eine Nichtlinearität, da die an der Ionenmeßstrecke anliegende Spannung eine Funktion des Meßwertes ist.
Bei der schaltungsanordnung gemäß der DE 19 50 24 02 A1 wird eine Spannung positiver Polarität an die Zündkerze angelegt, um einen Ionenstrom mit negativer Polarität abzutasten, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird. Zur Erzeugung dieser Spannung wird ein Kondensator mit der Niedrigpotentlalseite der Sekundärwicklung der Zündspule verbunden, der mittels dem über eine Diode zugeführten elektrischen Zündstrom geladen wird, um die Spannung mit positiver Polarität zu erhalten. Eine Zenerdiode sorgt für die Spannungsbegrenzung an dem Kondensator. Der Kondensatorstrom wird einer Strom/Spannungs-Wandlereinheit zugeführt, um den aus dem Kondensator fließenden lonenstrom in eine Spannung umzuwandeln. Dabei tritt der o. g. Nachteil einer Nichtlinearität nicht auf, da bei dem Strom/Spannungs-Wandler der negative Anschluß des Kondensators auf einem virtuellen Massepotential gehalten wird.
Den beiden bekannten Schaltungsanordnungen ist der Nachteil gemeinsam, daß zur Messung des Ionenstromes eine Spannung zwischen 70 V und 400 V erforderlich ist, die an die lonenmeßstrecke, d. h. an die Zündkerze einer Brennkraftmaschine anzulegen ist.
Ferner ist es auch bekannt, daß die Verwendung einer Meßspannung von ca. 400 V die Verrußungsgeschwindigkeit beim Kaltstart einer Brennkraftmaschine erhöht, wie dies beispielsweise In der EP 0 30 55 47 B1 beschrieben ist.
Weiterhin ist aus der DE-OS 33 27 766 eine Schaltungsanordnung zur Ionenstrommessung bekannt, bei der eine Meßspannung durch eine auf der Primärseite der Zündspule angelegten Wechselspannung erzeugt wird. Dabei wird die auf der Primärseite angelegte Wechselspannung über die Zündspule auf ein höheres Spannungsniveau transformiert, wobei Frequenzen im Bereich von 10 kHz bis 100 kHz verwendet werden. Das lonenstromsignal bewirkt eine Amplitudenmodulation des sekundärseitig entstehenden Wechselstromes. Nachteilig bei dieser bekannten schaltungsanordnung ist einerseits die Verwendung von Filtern, die das Ionenstromsignal, dessen Nutzfrequenzbereich zwischen 100 Hz und 20 kHz beträgt, vom Trägersignal trennen und andererseits die bei Wechselstromanregung durch die Unsymmetrie der Ionenstromkennlinie entstehenden nichtlinearen Verzerrungen. Diese Unsymmetrie ergibt sich aufgrund der höheren Beweglichkeit der negativen Ladungsträger gegenüber der positiven lonen. Bei unsymmetrischen Elektroden, wie sie bei einer Zündkerze vorliegen, entsteht dann ein größerer Strom, wenn sich die unbeweglicheren positiven Ladungsträger auf die größere Elektrode hin bewegen.
Schließlich Ist In der US 5,483,818 eine Schaltungsanordnung zur Detektion eines Ionenstromes beschrieben, bei der die Niedrigpotentialseite des Sekundärkreises der Zündspule über einen Widerstand auf den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers geführt ist, während dessem nichtinvertierenden Eingang eine Referenzspannung von ca. 40 V zugeführt wird. Dieser operationsverstärker ist mittels eines Widerstandes als invertierender verstärker geschaltet, so daß die Referenzspannung zum zwecke der Ionenstrommessung als Meßspannung an dem sekundärkreis anliegt. Die am Ausgang dieses Operationsverstärkers als Ionenstrommeßsignal erzeugte Meßspannung wird zur Auswertung einer Schwellwertschaltung zugeführt.
Zur Ableitung des während der Zündung erzeugten Zündstromes sind zwei in Serie geschaltete zenerdioden an den Sekundärkreis angeschlossen. Zur Kompensation des in diesen Zenerdioden auftretenden Leckstromes - der die lonenstrommessung verfälscht - ist ein Regelkreis vorgesehen, der ebenfalls von dem Ausgang des Operationsverstärkers gesteuert wird. Dieser Regelkreis ist aus einem weiteren Operationsverstärker mit entsprechender aus Widerständen und Kondensator bestehender Beschaltung aufgebaut.
Der Nachteil dieser bekannten Schaltungsanordnung liegt in deren aufwendigem Schaltungsaufbau und der damit verbundenen hohen Herstellungskosten.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die die o. g. Nachteile vermeidet, zu einer hohen Meßqualität des lonenstromes im Brennraum einer Brennkraftmaschine führt und mit geringem Aufwand realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wonach Schaltungsmittel vorgesehen sind, mit denen eine konstante Meßspannung an den Sekundärkreis der Zündspule angelegt wird, die einen Spannungswert aufweist, die gleich oder kleiner als der Wert der Spannung des Bordnetzes ist und ferner ein Gleichrichterelement vorgesehen ist, das den während der Zündung der Zündkerze erzeugten Zündstrom auf das Bordnetz ableitet.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Meßspannung, deren Wert der Bordnetzspannung des Fahrzeuges bzw. kleiner als dieselbe ist, werden die bei Verwendung einer Meßspannung in der Größenordnung von 40 V bis 400 V auftretenden Nachteile vermieden. Außerdem Ist der hierfür erforderliche schaltungsaufwand sehr gering, obwohl gleichzeitig mit dieser erfindungsgemäßen schaltungsanordnung über die gesamte Meßphase eine konstante Meßspannung geliefert wird.
Da die Größe des lonenstromes direkt proportional zur angelegten Meßspannung ist und eine Sättigung, wie dies z. B. vom Flammenlonisationsdetektor her bekannt ist, wegen der hohen lonenkonzentratlon und den geringen freien Weglängen der Ionen nicht auftritt, führt eine konstante Meßspannung zu dem Vorteil, daß deren Genauigkeit direkt in das Ionenstromsignal eingeht.
Ferner führt die Verwendung einer niedrigen Meßspannung auch dazu, daß sich Nebenschlußwiderstände, wie sie beim Kaltstart durch Verrußung der Zündkerzen entstehen, nicht so stark auswirken, da der spezifische Leitwert von Ruß proportional mit der anliegenden Spannung ansteigt.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Meßstrecken der als lonenstromsonden dienenden Zündkerzen einer Brennkraftmaschine parallelgeschaltet, so daß hierdurch der Schaltungsaufwand äußerst gering bleibt.
Als bevorzugtes Schaltungsmittel zum Anlegen der Meßspannung an den Sekundärkreis der Zündspule ist ein Differenzverstärker vorgesehen. Dabei wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dessen einem Eingang eine Referenzspannung zugeführt, deren Wert der Meßspannung entspricht und der Differenzverstärker als invertierender Verstärker geschaltet, so daß am anderen Eingang die gewünschte Meßspannung anliegt. Damit wird der Ionenstrom mit einfachsten schaltungsmitteln In eine als Meßsignal dienende Spannung umgewandelt, die anschließend einer Auswertung zugeführt wird.
im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen Im Zusammenhang mit den Zeichnungen dargestellt und erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1
ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
Figur 2
ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Die Figur 1 zeigt eine Transistorzündanlage, wobei der Einfachheit halber lediglich eine Zündendstufe mit einer Zündkerze Zk für eine Brennkraftmaschine dargestellt ist.
Die Zündendstufe umfaßt eine Zündspule Tr mit Primär- und Sekundärkreis, bestehend aus einer Primär- und Sekundärwicklung, wobei an die Sekundärwicklung die schon genannte Zündkerze Zk angeschlossen ist. Die Primärwicklung ist mit ihrem einen Anschluß an eine von einer Bordbatterie gelieferten Bordnetzspannung UB von beispielsweise 12 V angeschlossen und mit ihrem anderen Anschluß mit einem Zündtransistor 1 verbunden. Dieser Zündtransistor 1 wird über dessen Steuerelektrode von einer Regelschaltung 2 angesteuert, Indem über deren Verbindungsleitung Zündauslöseimpulse diesem Zündtransistor 1 zugeführt werden.
Die Sekundärwicklung ist mit ihrer Hochspannungsseite mit der Zündkerze Zk verbunden, während deren Niedrigpotentialseite auf den invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 3 geführt ist. An den nicht-invertierenden Eingang dieses Differenzverstärkers 3 wird eine konstante Referenzspannung Uref, vorzugsweise 5 V angelegt, wobei diese konstante Referenzspannung von einer Konstantspannungsquelle 6 erzeugt wird. Diese konstante Referenzspannung Uref wird über diesen Differenzverstärker 3 dem sekundärkreis der Zündspule Zk zugeführt und gelangt über diese als MeBspannung Umeß an die als Ionenstrommeßstrecke arbeitende Zündkerze Zk.
Der Differenzverstärker 3 ist als Invertierender Verstärker aufgebaut, indem dessen invertierender Eingang über einen Widerstand R mit dessen Ausgang verbunden ist.
um während des Zündvorganges an der Zündkerze Zk einen niederohmigen Pfad für den Sekundärstrom zur Verfügung zu stellen, sind Dioden D1 und D2 vorhanden, die den Zündstrom auf Masse bzw. Bordnetzpotential ableiten. Hierzu ist die Diode D1 derart zwischen dem Invertlerenden Eingang des Differenzverstärkers 3 und dem Bordnetz UB geschaltet, daß der Zündstrom auf das Bordnetz abfließen kann. Die zweite Diode D2 liegt dagegen mit ihrer Anode auf dem Massepotential und ist mit ihrer Kathode ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 3 verbunden. Die Verwendung einer Diode zur Ableitung von positiven Spannungen auf das Bordnetzpotential hat gegenüber der Verwendung von zenerdioden den Vorteil, daß die Leckströme von Dioden deutlich niedriger sind als diejenigen der Zenerdioden.
Ferner kann ein Widerstand (in der Figur 1 nicht dargestellt) In der Zuleitung zum invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 3 vorgesehen werden, der den in den Differenzverstärker 3 fließenden Strom zusätzlich begrenzt.
Der invertierende Differenzverstärker 3 wandelt den Ionenstrom in eine Spannung Uion um, die als Meßsignal einer Auswerteeinheit 5 zugeführt wird. Die dem Sekundärkreis der Zündspule Tr zugeführte Meßspannung Umeß, hier vorzugsweise 5 V, ist während der gesamten Meßdauer konstant. Da der lonenmeßstrom im µA-Bereich liegt, wird ein Differenzverstärker 3 mit einem niedrigen Eingangsstrom verwendet, der heutzutage kostengünstig verfügbar ist. Durch die niederohmige Bereitstellung dieser Meßspannung Umeß entfallen Umladungen von Streukapazitäten, wie sie In anderen bekannten Systemen bei Wechselstrombelastung, wie sie z. B. bei klopfender Verbrennung, auftreten können. Dieser Vorteil der Erfindung macht sich besonders dann bemerkbar, wenn mehrere lonenstrommeßstrecken parallel betrieben werden, wie dies weiter unten anhand von Figur 2 erläutert wird, weil sich dabei die wirksame Streukapazität vervielfachen kann.
Die Figur 1 zeigt ferner ein Steuergerät 4, das die Funktion eines Motormanagements übernimmt und seinerseits die Regelschaltung 2 ansteuert. Hierzu werden dieser Steuereinheit 4 über einen Eingang E Motorparameter, wie Last, Drehzahl und Temperatur zugeführt. Entsprechende Aktuatoren werden über Ausgänge A gesteuert. Das von der Auswerteschaltung 5 erzeugte Ionenstromsignal wird gleichfalls dem steuergerät 4 zugeführt.
Das Ionenstromsignal kann dazu verwendet werden, um das Klopfen der Brennkraftmaschine zu detektieren und über eine Steuerung des Zündzeitpunktes eine entsprechende Klopfregelung aufzubauen.
Eine weitere Anwendung besteht darin, das Ionenstromsignal zur Erkennung von Entflammungsaussetzern zu verwenden.
Bei 4-Takt-Motoren kann sich der Zylinder bei der Kurbelposition, bei der die Zündung erfolgen soll sowohl im Kompressions- als auch im Auspufftakt befinden. Nur wenn der Zündvorgang im Kompressionstakt durchgeführt wird, entsteht eine normale Verbrennung mit dem zugehörigen lonenstromsignal. Bei Zündung im Auspufftakt ist das lonenstromsignal nahezu Null. Hierdurch kann die Phasenbeziehung zwischen Kurbel- und Nockenwelle erkannt werden.
Figur 2 zeigt eine Transistorzündanlage einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine mit jeweils einem Zylinder zugeordneten Zündendstufen, wobei jede Zündendstufe aus einer Zündspule Tr1 ... Tr4, jeweils einem Zündtransistor 1a ... 1d und zugehöriger Zündkerze Zk1 ... Zk4 aufgebaut ist.
Die Zündtransistoren 1a ... 1d werden über deren Steuerelektroden von einer Schaltung 2a zur Zylinderselektion angesteuert, die ihrerseits mit einer Regelschaltung 2 verbunden ist, die die entsprechenden Zündauslöseimpulse für die einzelnen Zylinder dieser Schaltung 2a zuführt.
Gleichfalls wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist ein Steuergerät 4 vorgesehen, das die Regelschaltung 2 ansteuert.
Zur Messung des lonenstromes ist jeweils die Niedrigpotentialseite des sekundärkreises jeder Zündspule Tr1 ... Tr4 auf einen Schaltungsknoten S geführt, der mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 3 verbunden ist. Dieser Differenzverstärker 3 Ist ebenfalls als Invertlerender Verstärker mittels eines den Invertierenden Eingang mit dem Ausgang verbindenden Widerstandes R aufgebaut. Dem nicht-invertierenden Eingang dieses Differenzverstärkers 3 wird eine konstante Referenzspannung Uref zugeführt, die von einer Konstantspannungsquelle 6 erzeugt wird. Diese konstante Referenzspannung Uref ist kleiner als die Bordnetzspannung und beträgt 5 V und führt zu der erwünschten Meßspannung Umeß am Schaltungsknoten S und somit auch an den parallelgeschalteten Ionenstromstrecken der Zündkerzen Zk1 ... Zk4.
Ferner sind ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 zwei Dioden D1 und D2 zur Ableitung des Zündstromes auf Masse bzw. Bordnetz vorgesehen.
Das am Ausgang des Differenzverstärkers 3 erhaltene Meßsignal Uion wird einer Auswerteschaltung 5 zugeführt, die ihrerseits von einem Steuergerät 4 angesteuert wird, dessen Funktion demjenigen Steuergerät aus Figur 1 entspricht.
Schließlich kann auch in diesem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ein zusätzlicher Widerstand (ebenfalls nicht dargestellt) in der Zuleitung zum invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 3 vorgesehen werden, der den in den Differenzverstärker 3 fließenden Strom zusätzlich begrenzt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ionenstrommessung ist nicht nur bei Transistorzündanlagen, wie in den beiden Ausführungsbeispielen dargestellt, einsetzbar, sondern gleichfalls bei Wechseistromzündungen oder Hochspannungskondensatorzündungen.

Claims (7)

  1. Schaltungsanordnung zur lonenstrommessung im Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine, bestehend aus:
    a) einer Zündspule (Tr, Tr1 ... Tr4) mit Primär- und Sekundärkreis, die von einem eine Bordnetzspannung (UB) liefernden Bordnetz gespeist wird,
    b) einer im Sekundärkreis angeordneten Zündkerze (Zk, Zk1 ... Zk4), die gleichzeitig als Ionenstromsonde dient,
    gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
    c) es sind Schaltungsmittel (3, R) vorgesehen, mit denen eine konstante Meßspannung (Umeß) an die Niedrigpotentialseite des Sekundärkreises der Zündspule (Tr, Tr1 ... Tr4) angelegt wird, die einen Spannungswert aufweist, der gleich oder kleiner als der Wert der Bordnetzspannung (UB) ist und
    d) ferner ist ein Gleichrichterelement (D1) vorgesehen, das den während der Zündung der Zündkerze (Zk, Zk1 ... Zk4) erzeugten Zündstrom (IZünd) auf das Bordnetz ableitet.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichterelement eine Halbleiterdiode (D1) vorgesehen ist.
  3. schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Zündspulen (Tr1 ... Tr4) mit jeweils einer Zündkerze (Zk1 ... Zk4) als Ionenstromsonde die von den lonenstromsonden gebildeten Meßstrecken parallelgeschaltet sind.
  4. schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltungsmittel (3, R) ein als invertierender Verstärker geschalteter Differenzverstärker vorgesehen ist.
  5. schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingang des Differenzverstärkers (3) mit der Niedrigpotentialseite des Sekundärkreises der Zündspule (Tr, Tr1 ... Tr4) verbunden ist und dem anderen Eingang eine Referenzspannung (Uref) zugeführt wird, deren Wert der Meßspannung (Umeß) entspricht, und der Ausgang des Differenzverstärkers (3) über einen Widerstand (R) mit dem einen Eingang verbunden ist.
  6. schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (Uref) von einer Konstantspannungsquelle (6) erzeugt wird.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Eingang des Differenzverstärkers (3, R) anliegenden negativen Spannungsspitzen mit einer Diode (D2) auf Massepotential des Bordnetzes abgeleitet wird.
EP97101843A 1996-02-16 1997-02-06 Schaltungsanordnung zur Ionenstrommessung in Zündvorrichtungen für Brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0790409B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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DE19605803 1996-02-16
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