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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen ein System zum Detektieren eines Verbrennungszustandes
in einem Verbrennungsmotor, und im besonderen ein System, das derart
ausgestaltet ist, daß es
eine Vorspannung zur Ionenstrommessung innerhalb einer Brennkammer
des Motors entwickelt, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Es ist erwünscht, einen Fehlzündungszustand
während
des Betriebes eines Verbrennungsmotors zu detektieren. Ein in der
Technik verwendeter Ansatz, um eine Fehlzündung zu detektieren, umfaßt das Einschätzen des
Grades einer Veränderung der
Motordrehzahl (RPM). Obwohl ein derartiger Ansatz keine zusätzlichen
Schaltungsbauteile erfordert, benötigt er verhältnismäßig umfassende
Software, um die Bewertung durchzuführen, und ist ferner nicht in
der Lage, genaue und zuverlässige
Ergebnisse über
den gesamten Motordrehzahl- und -lastbereich bei Motoren mit einer
höheren
Anzahl an Zylindern zu erzeugen.
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Ein weiterer Ansatz umfaßt die Verwendung eines
sogenannten Ionenmeßsystems.
Es ist bekannt, daß die
Verbrennung eines Luft/Kraftstoff-Gemisches in einem Motor dazu führt, daß Moleküle in dem
Zylinder ionisiert werden. Es ist ferner bekannt, eine relativ hohe
Spannung über
beispielsweise die Elektroden einer Zündkerze hinweg kurz nach dem Zündungsvorgang
anzulegen, um einen Strom über die
Elektroden hinweg zu erzeugen. Ein derartiger Strom ist als ein
Ionenstrom bekannt. Der flie ßende Ionenstrom
ist proportional zur Anzahl der oben erwähnten Verbrennungsionen, die
im Bereich von beispielsweise dem Zündkerzenspalt vorhanden sind, und
gibt folglich die Ionisation durch den gesamten Zylinder hindurch
an, wenn eine Verbrennung auftritt. Das Niveau oder die. Größe eines
Ionenstroms gibt die Qualität
des Verbrennungsereignisses an, oder ob tatsächlich überhaupt eine Verbrennung eingetreten
ist (z. B., ein Fehlzündungszustand).
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Bekannte Ionenstrommeßsysteme
umfassen im allgemeinen zusätzlich
zu einer Zündspule
einen Kondensator oder desgleichen, der derart ausgestaltet ist,
daß er
eine Spannung speichert. Die gespeicherte Spannung wird danach als
eine "Vorspannung" verwendet, die an
die Zündkerze
angelegt wird, um den Ionenstrom zu erzeugen. Diese Systeme erfordern
daher eine zusätzliche
Schaltung für den
Speicherungs- und Vorspannbetrieb, die unter bestimmten Umständen unerwünscht sein
kann.
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Das U.S.-Patent Nr. 5 814 994 von
Hohner et al offenbart ein System, um einen Ionenstrom zu erzeugen,
und gibt vor, einen Steuerschaltkreis bereitzustellen, der derart
ausgestaltet ist, daß er
einen Zündungstransistor
derart ansteuert, daß ein
sägezahnförmiger Kollektorstrom
oder alternativ ein dreieckförmiger
Strom als ein Primärstrom
resultiert. Obwohl die Schaltung eines derartigen Steuerschaltkreises
nicht im Detail offenbart ist, wird angenommen, daß eine solche
Schaltung relativ kompliziert sein würde und es ferner erfordern
würde,
daß der Zündtransistor
eine verhältnismäßig erhöhte Menge an
Energie dissipieren würde.
Diese Aspekte können unter
bestimmten Umständen
ebenfalls unerwünscht sein.
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Außerdem benötigen bekannte Ionenmeßsysteme,
während
sie in der Lage sind, Ergebnisse über den gesamten Motordrehzahl-
und -lastbereich auch bei Motoren mit einer höheren Anzahl an Zylindern zu
erzeugen, im allgemeinen einen Mikroprozessor oder desgleichen und
sind daher teurer.
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In der
US 5 365 910 A ist ein Fehlzündungsdetektionssystem
mit einer Zündspule
beschrieben, bei dem in einem Primärschaltkreis die Primärwicklung
der Zündspule
mit einer Schaltvorrichtung und einem Signalgenerator verbunden
ist, während
in einem Sekundärschaltkreis
die Sekundärwicklung über einen
Verteiler mit einer Zündkerze
verbunden ist. Über
den Primärschaltkreis
wird sowohl vor dem Zündvorgang
als auch nach dem Zündvorgang
eine Spannung im Sekundärstromkreis
induziert. Die nach dem Zündvorgang
induzierte Spannung führt
zu einem Laden der Zündkerzen-Streukapazität. Mit Hilfe
eines Schaltkreises zur Erfassung der Zündkerzenspanunng kann aus der
Entladung der Zündkerzenstreu-Kapazität über die
Zeit eine Fehlzündung erfasst
werden.
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Die nachveröffentlichte
EP 0 922 857 A1 beschreibt
ein Ionenmeßgerät zur Messung
des Ionenstroms eines Gasgemisches in den Zylindern eines Verbrennungsmotors
mit einer Zündspule,
die eine Primär-
und Sekundärwicklung
aufweist. Die Primärwicklung
ist mit einem Steuermodul verbunden, während die Sekundärwicklung
mit der Zündspule
und einem Schaltkreis zur Messung des Ionenstroms verbunden ist.
Der Schaltkreis zur Messung des Ionenstroms umfasst ein Modul zum
Invertieren der Polarität
der Zündspulenspannung
nach dem Zündvorgang,
um somit den Ionenstrom zu messen. Bei einer Ausführungsform
wird anstelle des Moduls zum Invertieren der Polarität eine Fahrzeugbatterie
verwendet, die die Polarität
der Zündspulenspannung
sicherstellt.
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Es gibt deshalb einen Bedarf, eine
Vorrichtung zum Detektieren eines Verbrennungszustandes, wie eines
Fehlzündungszustandes,
zu schaffen, die einen oder mehrere der oben aufgeführten Mängel minimiert
oder beseitigt.
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Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung
ist durch die in Anspruch 1 beschriebenen Merkmale gekennzeichnet.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Systeme
zu verbessern. Diese Erfindung sorgt für eine genaue und zuverlässige Detektion
eines Verbrennungszustandes, wie eines Fehlzündungszustandes, ohne die Notwendigkeit
für zusätzliche
Bauteile und kann daher bei geringeren Kosten vorgesehen werden. Außerdem ist
eine Vorrichtung gemäß dieser
Erfindung voll Motordrehzahl- und -lastfähig und erfordert keinen ausgedehnten
Softwareüberbau,
wie es bestimmte bekannte Fehlzündungsdetektionssysteme tun.
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Diese Erfindung macht vorteilhaft
Gebrauch von der sogenannten "Schließspannung". In der Vergangenheit
wurden Kontaktunterbrecherpunkte in Zündsystemen verwendet, um alternativ
den Fluß eines
Primärstromes
durch eine Zündspule
hindurch herzustellen oder zu unterbrechen. Ein Schließen der Kontaktunterbrecherpunkte
war als ein "Schließzustand" bekannt. Ungeachtet
technologischer Fortschritte, die Kontaktunterbrecherpunkte weitgehend beispielsweise
durch Festkörperbauele mente
ersetzt haben, wird weiterhin der Ausdruck "Schließen" verwendet. Während des Ladens der Zündspule
wird eine positive Spannung (d. h., eine "Schließspannung") über
den Zündkerzenspalt
hinweg erzeugt. Wenn die Schließspannung über den
Zündkerzenspalt
hinweg für
das anfängliche
Spulenaufladen erzeugt wird, ist noch keine Verbrennung aufgetreten und
somit wird wenig, wenn überhaupt,
Ionenstrom fließen.
Deshalb wird gemäß der vorliegenden
Erfindung, nachdem die Verbrennung aufgetreten ist, die Zündspule
wieder aufgeladen, vorzugsweise über eine
vorbestimmte Zeit, um die Schließspannung über die Sekundärwicklung
hinweg wiederherzustellen. Die Schließvorspannung bewirkt, daß ein Ionenstrom
fließt,
wodurch eine begründete
Angabe einer Verbrennung (oder ihres Fehlens) erhalten werden kann.
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Während
des anfänglichen
Spulenaufladens wird die Schließspannung über eine
Sekundärwicklung
der Zündspule
hinweg hergestellt. Das Laden wird unterbrochen, um den Funken zu
erzeugen. Während
des anfänglichen
Zündvorgangs
fließt
ein Zündstrom über die
Elektroden der Zündkerze
hinweg. Danach wird ein Ionenmeßintervall
gestartet, indem die Zündspule
wiederaufgeladen wird. Das Wiederaufladen stellt die Schließspannung über die
Sekundärwicklung
hinweg her. Während
dieses Intervalls wird jedoch, wenn eine Verbrennung aufgetreten
ist, der Zylinder ionisierte Moleküle enthalten, die auch im Zündkerzenspalt
vorhanden sein werden. Die Schließvorspannung wird bewirken,
daß ein
Ionenstrom fließt.
Während
des Ionenstromflusses erzeugt der Meßschaltkreis ein Ionenmeßsignal,
das den Ionenstrom darstellt.
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Bevorzugte Aspekte des Systems der
vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 zu sehen.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand
der Zeichnungen beschrieben, in diesen ist bzw. sind
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1A eine
vereinfachte schematische und Blockdiagrammansicht einer Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die einen Stromfluß während eines
Betriebsintervalls einer Ionenstrommessung zeigt,
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1B eine
vereinfachte schematische und Blockdiagrammansicht der in 1A gezeigten Vorrichtung,
die einen Stromfluß während eines
Betriebsintervalls einer Funkenerzeugung zeigt,
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2A-2E Zeitablaufdiagrammansichten, die
dem Betrieb des in den 1A-1B gezeigten Systems
entsprechen,
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3A eine
vereinfachte schematische und Blockdiagrammansicht einer ersten
Ausführungsform
eines Verarbeitungsschaltkreises zur Verwendung in Verbindung mit
der in den 1A-1B veranschaulichten
Vorrichtung,
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3B eine
vereinfachte schematische Diagrammansicht einer Ausführungsform
eines Integratorschaltkreises zur Verwendung in Verbindung mit dem
Verarbeitungsschaltkreis von 3A,
und
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4A-4C Zeitablaufdiagrammansichten gemäß dem Betrieb
der Erfindung.
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In den Zeichnungen, in denen gleiche
Bezugszeichen dazu verwendet werden, identische Bauteile in den
verschiedenen Ansichten zu bezeichnen, veranschaulichen die 1A-1B eine Vorrichtung 10 zum
Detektieren eines Verbrennungszustandes, wie eines Fehlzündungszustandes,
in einem Verbrennungsmotor 12. Die Vorrichtung 10 umfaßt eine
Zündspule 14 mit
einer Primärwicklung 16 und einer
Sekundärwicklung 18,
einen Schalter 20, eine Zündkerze 22 mit einer
ersten Elektrode 24 und einer zweiten Elektrode 26,
und einen Ionenstrommeßschaltkreis 28 mit,
in der veranschaulichten Ausführungsform,
einem Meßelement,
wie einem Widerstand R1. Die Vorrichtung 10 umfaßt ferner
eine Diode D1 und einen Steuerschaltkreis 32.
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Der Motor 12 kann von der
Art mit einem Direktzündsystem
zur Einleitung der Verbrennung sein. In der veranschaulichten Ausführungsform
ist eine Zündspule
pro Zündkerze 22 vorgesehen.
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Die Zündspule 14 ist derart
ausgestaltet, daß sie
als ein selektiv steuerbarer Aufwärtstransformator dient. Ein
Ende, wie das Ende auf der High-Seite,
der Primärwicklung 16 ist
mit einer Versorgungsspannung verbunden, die durch eine Stromversorgung, wie
einer Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) vorgesehen ist, die nachstehend
als "B+" in den Zeichnungen bezeichnet
ist. Die Versorgungsspannung B+ kann nominell annähernd 12
Volt betragen. Ein zweites Ende der Primärwicklung 16 entgegengesetzt
zu dem Ende auf der High-Seite ist mit dem Schalter 20 verbunden.
Ein erstes Ende der Sekundärwicklung 18,
nämlich
das Ende auf der High-Seite, ist mit der Zündkerze 22 gekoppelt.
Ein zweites Ende der Sekundärwicklung 18 entgegengesetzt
zu dem Ende auf der High-Seite, nämlich das Ende auf Low-Seite, ist
mit einem Masseknoten über
den Meßschaltkreis 28 verbunden.
Die Primärwicklung 16 und
die Sekundärwicklung 18 sind
auf eine vorbestimmte, in der Technik bekannte Weise angepaßt.
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Der Schalter 20 ist vorgesehen,
um die Primärwicklung 16 gemäß einer
von dem Steuerschaltkreis 32 erzeugten Steuerspannung an
Knoten V1 selektiv auf Masse zu schließen. Ein
solcher Anschluß, wird
bewirken, daß ein
Primärstrom
IP durch die Primärwicklung 16 hindurch
fließt,
wie es allgemein in der Technik bekannt ist. Der Schalter 20 ist
in den Figuren als Bipolartransistor dargestellt, jedoch ist einzusehen,
daß eine
derartige Darstellung lediglich beispielhaft und nicht von einschränkender
Natur ist. Der Schalter 20 kann alternative herkömmliche, Fachleuten
bekannte Bauteile umfassen.
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Die Spule 14 und der Schalter 20 definieren zusammen
das Mittel, um selektiv Energie, vorzugsweise in einer vorbestimmten
Menge, zu speichern und danach die gespeicherte Energie an die Zündkerze 22 gemäß einem
Zündungssteuersignal
EST (dessen Funktion später
im Detail beschrieben wird) zu übertragen.
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Die Zündkerze 22 ist in
dem Motor 12 in der Nähe
von einem seiner Zylinder angeordnet und derart ausgestaltet, daß sie einen
Funken über
einen durch beabstandete Elektroden 24, 26 definierten Spalt
hinweg erzeugt. Das Zündereignis
ist dafür
vorgesehen, ein in den Zylinder eingeleitetes Luft/Kraftstoff-Gemisch
zu zünden,
wie es allgemein von Fachleuten verstanden wird. Während des
Zündereignisses
fließt
einen Zündstrom,
der in 1B mit IZ
ÜND bezeichnet ist, über die
Zündkerzenelektroden 24, 26 hinweg.
Zusätzlich
ist die Zündkerze 22 derart
ausgestaltet, daß,
wenn sie durch eine Schließspannung vorgespannt
wird, ein Ionenstrom, der in 1A mit IION bezeichnet ist, über die Elektroden 24, 26 hinweg transportiert
wird. Die Größe des Ionenstroms
gibt einen Verbrennungszustand, wie eine Verbrennung und/oder Fehlzündung, an.
Insbesondere gilt, daß,
je größer der
Ionenstrom ist (d.h., aufgrund von mehr in dem Zylinder vorhandenen
ionisierten Moleküle), desto
vollständiger
die Verbrennung ist.
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Die Diode D1 ist derart ausgestaltet,
daß sie einen
Pfad für
den Zündstrom
IZ
ÜND bereitstellt. Obwohl
sie als direkt mit einem Masseknoten verbunden gezeigt ist, dient
dies nur zur Klarheit, und es können andere
Schaltungselemente eingeführt
werden, ohne vom Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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Der Schaltkreis 28 ist derart
ausgestaltet, daß er
mehrere Funktionen erfüllt.
Insbesondere ist der Schaltkreis 28 derart ausgestaltet,
daß er
das Mittel zum Messen des Ionenstroms IION bereitstellt und
in Ansprechen darauf ein Ionenmeßsignal erzeugt. In der Vorrichtung 10 erzeugt
der Schaltkreis 28 ein Ionenmeßsignal in der Form eines Spannungssignals,
das mit VION bezeichnet ist, durch das Weiterleiten
des Ionenstroms durch den Widerstand R1. Der Widerstandswert des
Widerstandes R1 kann auf der Grundlage der Eigenschaften der Zündkerze 22 gewählt werden,
um einen Spannungspegel innerhalb eines Sollbereiches zu entwickeln.
Die 1A-1B sind vereinfachte
Ansichten, die zu Zwecken allein der Klarheit R1 direkt mit einem
Masseknoten verbunden zeigen. Es ist einzusehen, daß der direkt
mit einem Masseknoten verbundene R1 lediglich beispielhaft und nicht
begrenzender Natur ist. Beispielsweise ist bei einer Ausführungsform
R1 über
eine Zwischenschaltung mit einer geregelten Vcc-Spannungsversorgung und von da ab mit
Masse verbunden. Da die Schließvorspannung
gemäß der Erfindung
verhältnismäßig groß in bezug
auf Vcc ist, liefert diese alternative Ausgestaltung ein zufriedenstellendes
Leistungsvermögen
(d.h., die verhältnismäßig konstante
und verhältnismäßig reduzierte
Spannungsgröße von Vcc
beeinträchtigt
nicht eine genaue Ionenstrommessung). Es sind andere Ausgestaltungen
möglich,
die innerhalb des Geistes und Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung
liegen. Es ist ferner einzusehen, daß das Ionenmeßsignal
ein Stromsignal sein kann, das proportional zum Ionenstrom ist und
deshalb einen derartigen Ionenstrom auf eine vorbestimmte Weise
repräsentiert
(z. B. durch die Verwendung eines Stromspiegelschaltkreises).
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Der Steuerschaltkreis 32 ist
im allgemeinen derart ausgestaltet, daß er das Öffnen und Schließen des
Schalters 20 steuert, indem beispielsweise ein Spannungspegel
an Knoten V1 auf eine im allgemeinen von
Fachleuten der Zündungssteuerung
verstandene Weise steuert. Bei der in den 1A-1B veranschaulichten Ausführungsform
ist der Steuerschaltkreis 32 derart ausgestaltet, daß er den
Leitungszustand des Schalters 20 gemäß dem Zustand eines Eingangssignals
in diesen, nämlich
eines Zündungssteuersignals
ESA (elektronische Zündzeitpunkteinstellung
oder electronic spark timing) steuert. Das Zündungssteuersignal EST kann
beispielsweise von einem Antriebsstrangsteuermodul (PCM) 33 gemäß bekannten
Zündungssteuerstrategien
erzeugt werden. Der Steuerschaltkreis 32 ist ferner derart
ausgestaltet, daß er
ein Abfrageimpulssignal an Knoten V1 in
einer zeitlich abgestimmten Relation nach dem Zündungssteuersignal EST erzeugt,
um den Schalter 20 zu schließen und somit eine Schließspannung über die
Sekundärwicklung 18 hinweg
herzustellen, um den Zündkerzenspalt
vorzuspannen. Der Steuerschaltkreis 32 definiert somit
das Mittel zum Schließen
des Schalters 20 nach dem Zündungssteuersignal EST.
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Der Steuerschaltkreis 32 kann
herkömmliche Bauteile
umfassen. Die Technik ist voll von verschiedenen Ansätzen zur
Ausführung
eines Steuerschaltkreises zur Ansteuerung des Schalters 20 in
Ansprechen auf das Zündungssteuersignal
EST. Das Ausführen
eines Steuerschaltkreises zum Erzeugen des Abfragesignals, wie es
hierin im Detail beschrieben ist, erfordert nicht mehr als routinemäßige Anwendung
von Fachleuten bekannten Praktiken.
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Nach den 2A-2E und ferner nach den 1A-1B wird nun die Arbeitsweise
einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung dargelegt. Das PCM 33 bestimmt gemäß einer
vorbestimmten Arbeitsstrategie auf der Grundlage einer Vielzahl
von Motorbetriebsparametereingängen, wann
das Zündungssteuersignal
EST geltend gemacht werden soll. Das geltend gemachte Zündungssteuersignal
EST ist der Befehl, das Laden der Zündspule 14 für ein Funkenereignis
zu beginnen. Der Steuerschaltkreis 32 stellt in Ansprechen
darauf die Steuerspannung an Knoten V1 ein,
was bewirkt, daß der
Schalter 20 leitet, wodurch ein Primärstrom IP durch
die Primärwicklung 16 hindurch
fließt.
Das Geltendmachen des Zündungssteuersignals
EST ist in 2A gezeigt.
Während
des Ladens der Zündspule 14 wird
eine positive Schließspannung,
mit VSCHLIESSEN bezeichnet, über den
Funkenspalt hinweg erzeugt. Die Schließspannung VSCHLIESSEN während des
anfänglichen
Ladens ist in 2C gezeigt.
Da dies das anfängliche
Laden der Zündspule 14 in
Vorbereitung auf ein Zündereignis
ist, ist noch keine Verbrennung aufgetreten. Dementsprechend fließt un geachtet
der Schließvorspannung über die
Zündkerzenelektroden 24, 26 hinweg,
kein merklicher Ionenstrom. Dies ist in 2E gezeigt.
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Das Zündungssteuersignal EST wird
bei der veranschaulichten Ausführungsform
als ein positiv verlaufender Impuls mit einer Dauer gemäß einer Sollladezeit
der Primärzündspule
angelegt. Wie es oben beschrieben ist, beginnt das Laden zur Zeit
des Empfangs einer ansteigenden (positiv verlaufenden) Flanke des
EST-Signals durch den Steuerschaltkreis 32. Bei Empfang
einer fallenden (negativ verlaufenden) Flanke des Zündungssteuersignals
EST bewirkt der Steuerschaltkreis 32, daß der Schalter 20 öffnet, wodurch
eine Unterbrechung des Primärstroms
IP bewirkt wird. Fachleute auf dem Gebiet
der Zündungssteuerung
werden verstehen, daß eine
derartige Unterbrechung dazu führt,
daß sofort
aufgrund der zur Unterbrechung des Primärstromes gehörenden zusammenbrechenden
Magnetfelder eine relativ hohe Spannung über die Sekundärwicklung 18 hinweg hergestellt
wird. Die Sekundärspannung
wird fortfahren anzusteigen, bis eine Durchbruchspannung über die
Elektroden 24, 26 der Zündkerze 22 hinweg
erreicht ist, die mit Bezugszeichen 34 in 2C angegeben ist. Der Strom wird sich
danach über
den Spalt hinweg entladen, wie es allgemein in der Technik verstanden
wird. Während
des Zündereignisses
wird eine relativ große
negative (in bezug auf Masse) Spannung an der Zündkerze an Knoten V2 hergestellt. Der Zündstrom IZ
ÜND,
wie er in 1B gezeigt ist,
fließt
von Masse über
die Zündkerzenelektroden 24, 26,
durch die Sekundärwicklung 18 hindurch
und danach durch die in Durchlaßrichtung
vorgespannte Diode D1.
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Eine vorbestimmte Zeit nachdem das
Zündungssteuersignal
EST unterbrochen worden ist, beispielsweise von dem PCM 33,
erzeugt der Steuer schaltkreis 32 ein Abfrageimpulssignal
oder macht dieses auf andere Weise geltend. Das Abfrageimpulssignal
ist der Befehl, um zu bewirken, daß der Schalter 20 wieder
die Primärwicklung 16 auf
Masse schaltet, um scheinbar die Zündspule 14 wiederaufzuladen,
indem bewirkt wird, daß der
Primärstrom
Ip durch die Primärwicklung 16 hindurch
fließt.
Während
des Wiederaufladens wird die Schließspannung VSCHLIESSEN über die
Sekundärwicklung 18 hinweg
hergestellt. Das Zeitintervall zwischen dem Ende des EST-Impulses
und der Erzeugung des Abfrageimpulses kann gemäß bekannten Eigenschaften des
Verbrennungsprozesses des Motors 12 sowie verschiedenen,
dem Motor 12 zugeordneten Betriebsparametern gewählt werden,
wie es in der Technik bekannt ist. Außerdem wird das Abfrageimpulssignal
erzeugt, bevor ein jeweiliges Zündungssteuersignal
EST, das zu einem Verbrennungsereignis eines nächsten Zylinders des Motors 12 gehört, erzeugt
wird. Der späteste
Zeitpunkt, zu dem das Abfrageimpulssignal erzeugt werden kann, kann
eine Grenze sein, die durch eine vorbestimmte Gradzahl nach dem
oberen Totpunkt des Zylinders, in dem die Verbrennung festgelegt
ist, definiert ist. Es ist festzustellen, daß der Abfrageimpuls durch andere
Steuereinheiten eingeleitet oder befohlen und dem Steuerschaltkreis 32 geliefert werden
kann, so daß der
Schaltkreis 32 anspricht, indem er den Schalter 20 ansteuert,
um in Ansprechen darauf zu schließen.
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Nach 2C wird
für die
Dauer des Abfrageimpulssignals eine Schließspannung VSCHLIESSEN über die
Sekundärwicklung 18 hinweg
eingeprägt,
die in der in 1A gezeigten
Ausgestaltung die Zündkerze 22 mit
einer relativ positiven Spannung an Knoten V2 vorspannt.
Wenn eine Verbrennung aufgetreten ist, wird die Schließspannung
bewirken, daß ein
Ionenstrom IION fließt. Ein derartiger Fluß wird über den Widerstand
R1 auftre ten, da die Diode D1 in Sperrichtung vorgespannt ist. Die
in 1A veranschaulichte
Ausgestaltung wird dazu führen,
daß eine
negative Spannung am Ende auf der Low-Seite der Sekundärwicklung 18 entwickelt
wird. Diese negative Spannung definiert ein Ionenmeßsignal,
das mit VION bezeichnet wird. Die Größe des Ionenstroms
und somit der entsprechenden Spannung VION hängt von der
Konzentration der Ionen ab, die wiederum der Qualität der Verbrennung
entspricht.
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Nach 2E wird,
nachdem das Schaltrauschen 36 gemäß einem Austastimpuls 38 (der
nachstehend detaillierter beschrieben wird) unterdrückt worden
ist, ein relativ großes,
negatives Ionenmeßsignal
VION erzeugt, das eine Verbrennung angibt.
Wie es in 2D gezeigt
ist, wird die Verbrennung durch die Amplitude und die Zeitgebung
eines Zylinderdrucksignals 40 bestätigt.
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Wenn im Gegensatz dazu keine Verbrennung
auftritt, bleibt das Ionenmeßsignal
VION relativ flach, wie es in gestricheltem
Linienzug in 2E angedeutet
ist. Durch die Amplitude und die Zeitgebung eines Zylinderdrucksignals 41 wird
keine Verbrennung bestätigt,
wie. es in gestricheltem Linienzug in 2D gezeigt
ist.
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Es ist somit festzustellen, daß eine Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung keine zusätzlichen
Bauteile oder Schaltkreiskomponenten erfordert, um die Vorspannung
zu entwickeln, die erforderlich ist, damit der Ionenstrom IION fließen
kann. Zusätzlich
erfordert das "rohe" Signal VION nur eine relativ einfache Verarbeitung,
damit es sich in einem Zustand befindet, der zur Verwendung in einem
Motorsteuerungs- oder -diagnosesystem geeignet ist.
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In 3A ist
ein beispielhafter Signalverarbeitungsschaltkreis 42 veranschaulicht.
Der Schaltkreis 42 umfaßt einen Schaltrauschunterdrükkungsschaltkreis 44 mit
einer Zeitgebungslogik, vorzugsweise einem One-Shot 46, einem Widerstand 48 und einem
Transistor 50, einen Inverterschaltkreis 52 mit Widerständen 54, 56 und 58 und
einem Operationsverstärker 60 und
einen Komparatorschaltkreis 62 mit Widerständen 64, 66 und 68 und
einem Komparator 70. Der Schaltkreis 52 invertiert
das rohe Ionensignal VION. Das Schaltrauschen 36 (das
am besten in 2E gezeigt
ist) wird von dem Transistor 50 gefiltert (d.h., gekappt),
der von dem One-Shot
oder monostabilen Kippstufe 46 gesteuert wird, die von
dem Abfrageimpulssignal ausgelöst
wird. Der von dem One-Shot 46 gelieferte Impuls definiert
einen Austastimpuls 38, der am besten in 2B gezeigt ist und in einer zeitlich
abgestimmten Relation zum Abfrageimpuls auftritt. Das invertierte
und gefilterte Ionenspannungssignal wird dann mit einer vorbestimmten Referenzspannung
verglichen, die in 3A als
VREF bezeichnet ist. Wenn der Komparator 70 einen
digitalen Ausgangsimpuls erzeugt, zeigt ein derartiger Impuls die
Verbrennung an. Wenn das Bauteil 70 keinen Impuls erzeugt,
bedeutet das Fehlen eines Impulses, daß eine Fehlzündung aufgetreten
ist.
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3B zeigt
eine Modifikation des in 3A gezeigten
Verarbeitungsschaltkreises. Ein Integratorschaltkreis 72 umfaßt eine
Diode D2, einen Widerstand 74 und einen Kondensator 76.
Der Widerstand 74 kann ein Bauteil mit einem relativ hohen
Wert sein (z. B. 1 MOhm) oder kann vollständig weggelassen werden. Ein
Ladestrom I, der proportional zum erzeugten Ionenstrom IION ist, wird über die Diode 72 empfangen
und lädt
den Kondensator 76. Die Diode D2 verhindert, daß Ladung
aus dem Kon densator 76 leckt. Der Kondensator 76 bewirkt,
daß das
Ionenmeßsignal
VION, das sich an dem Kondensator 76 sammelt,
als VCAP integriert wird. Dieses "integrierte" Signal kann danach
mit einer Referenzspannung VREF auf eine
oben beschriebene Weise verglichen werden.
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Die 4A-4B zeigen
beispielhafte Zeitablaufdiagramme für den Betrieb der erfindungsgemäßen Schließvorspannungsvorrichtung 10 in
einem sogenannten System mit wiederholtem Funken oder Mehrfachladesystem,
das dem Fachmann allgemein bekannt ist. 4C zeigt das anfängliche Zündungssteuersignal EST gefolgt
von einer Vielzahl von Abfrageimpulsen, die dazu dienen, die Zündspule 14 wiederaufzuladen.
Die entsprechenden Austastimpulse 38 sind in 4B gezeigt. 4A zeigt das VCAP-Signal, wie es sich
ansammelt, um eine Referenzspannung VREF zu
erreichen, die vorbestimmt ist, um ein Sollniveau einer Verbrennung
anzugeben. Ein Versagen, dieses Niveau innerhalb der für das Steuerschema
mit wiederholtem Funken definierten Betriebshüllkurve zu erreichen, gibt
einen Fehlzündungszustand
an.
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Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung
stellt eine genaue und zuverlässige
Detektion eines Verbrennungszustandes, wie eines Fehlzündungszustandes,
bereit, ohne die Notwendigkeit für beträchtliche
zusätzliche
Bauteile, die von herkömmlichen
Systemen zur Vorspannung der Zündkerze
für eine
Ionenstrommessung gefordert werden. Eine Vorrichtung gemäß dieser
Erfindung ist außerdem voll
Motordrehzahl- und -lastfähig.
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Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung 10 zum
Detektieren eines Verbrennungszustandes, wie einer Fehlzündung, in
einem Ver brennungsmotor 12. Während eines anfänglichen
Ladevorgangs, wird eine Schließspannung
VSCHLISSEN über eine Sekundärwicklung 18 einer
Zündspule 14 hinweg
und von da ab über
die Elektroden 24, 26 einer Zündkerze 22 hinweg
entwickelt. Nach der Verbrennung wird die Zündspule 14 wieder
aufgeladen, um dadurch wieder die Schließspannung VSCHLIESSEN über die
Sekundärwicklung 18 hinweg
zu entwickeln und somit die Zündkerze 22 vorzuspannen.
Die Schließspannung
VSCHLIESSEN stellt die Vorspannung über die Zündkerzenelektroden 24, 26 hinweg
bereit, um einen Fluß eines
Ionenstroms IION zu bewirken, wenn tatsächlich eine
Verbrennung aufgetreten ist. Der Ionenstrom IION wird
mit einem Meßwiderstand
R1 erfaßt.