DE102004043455B4

DE102004043455B4 - Methode zur Diagnose einer offenen Sekundärwicklung einer Zündspule mit Hilfe des Signals für den Ionisations-Strom

Info

Publication number: DE102004043455B4
Application number: DE102004043455A
Authority: DE
Inventors: G. Zhu Guoming; Kevin D. Moran
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2024-09-07
Also published as: GB2405668A; US7251571B2; US20050055169A1; DE102004043455A1; GB0418621D0; FR2859536A1

Abstract

Eine Einrichtung zur Erkennung einer offenen sekundären Wicklung in einer Zündspule, die Einrichtung weist auf: – einen Integrator (90) mit einem Eingang für ein Ionisations-Signal (100), mit einem Eingang für ein Aktivierungs-Signal (91), mit einem Eingang für ein Rücksetz-Signal (93), und mit einem Ausgang; dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin aufweist – einen Vergleicher (92) mit einem ersten Eingang, der operativ verbunden ist mit dem Ausgang des Integrators (90), mit einem zweiten Eingang, der operativ verbunden ist mit einem Schwellenwert (89), und mit einem Ausgang (94) und – ein Steuerungsmodul (95) für den Antriebsstrang, das einen Eingang, der operativ verbunden ist mit dem Ausgang (94) des Vergleichers (92), und einen Ausgang aufweist, der operativ verbunden ist mit dem Eingang für das Aktivierungs-Signal (91) des Integrators (90), wodurch ein Aktivierungs-Signal (97) für die Erkennung einer offenen sekundären Wicklung vom Steuerungsmodul (95) für den Antriebsstrang zu dem Eingang...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erkennung einer offenen sekundären Wicklung in einer Zündspule nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Einrichtung ist aus der DE 41 20 935 A1 bekannt. Zudem sind Einrichtungen, die die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweisen, aus der DE 102 31 163 A1 , der DE 102 29 848 A1 oder der US 5 534 781 A bekannt.
In einer typischen Anordnung dieser Art sind eine Zündspule und eine Zündkerze in der Verbrennungskammer einer internen Verbrennungsmaschine angeordnet. Die Zündspule hat eine primäre Wicklung und eine sekundäre Wicklung. Die Zündkerze ist in einer elektrischen Reihenschaltung mit einem ersten Ende der sekundären Wicklung und dem Massepotenzial verbunden. Wenn keine Verbindung zur Zündkerze besteht (was der Fall ist, wenn die sekundäre Wicklung offen, das heißt z. B. unterbrochenen ist), wird kein Zündfunken erzeugt und ein Teil der Ladungs-Energie wird umgesetzt in einen Klingelstrom (ringing current), der seine Ursache in der Kapazität zwischen der sekundären Wicklung und dem Massepotenzial hat. Da die aufgeladene Energie nicht durch einen Zündfunken entladen wird, wird die Rücklauf-Energie durch den Schalttransistor (IGBT) über die Seite der primären Wicklung nach dem Ende der Aufladung verbraucht, diese Energie ist viel größer als in dem Fall, wenn die sekundäre Wicklung mit der Zündkerze verbunden ist und ein Zündfunken erzeugt wird, nachdem die Zündspule aufgeladen ist. In der Tat ist die gesamte Energie, die über den IGBT, der mit der Zündspule verbunden ist, abgebaut wird, im Falle einer offenen Sekundärwicklung bis zu viermal größer als in dem Fall, wenn die Sekundärwicklung mit der Zündkerze verbunden ist. Das führt dazu, dass die Wärme-Entwicklung des IGBT bis zu viermal höher sein kann als unter normalen Betriebsbedingungen. Ein Kühlkörper ist erforderlich, um den IGBT vor Überhitzung zu schützen, und zwar sowohl unter normalen Betriebsbedingungen, als auch für Zustände mit offener Sekundärwicklung. Dieses erhöht die Kosten des Zündungs-Systems. Allerdings kann in einigen Fällen der Zustand der offenen Sekundärwicklung verhindert werden.
Die Tatsache, dass in der Zündkerze kein Zündfunke erzeugt wird, hat Auswirkungen auf das Ionisations-Signal. Da im Falle der offenen Sekundärwicklung kein Zündungsstrom fließt, kann eine offene Sekundärwicklung z. B. dadurch ermittelt werden, dass beobachtet wird, ab ein Zündfunken erzeugt worden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Einrichtung der eingangs genannte Art weiterzubilden, dass eine verbesserte Erfassung einer offenen Sekundärspule ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Schritt der Freigabe des Integrators das Senden eines Signals für das Einschalten der Erkennung der offenen Sekundärwicklung zum Freigabe-Eingang des Integrators auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung beschreibt die vorliegende Erfindung eine Methode zur Erkennung einer offenen sekundären Wicklung, die den Schritt der Messung der Zeitdauer des Zündfunkens enthält.
In einer anderen bevorzugten Ausführung weist der Schritt zur Messung der Zeitdauer des Zündfunkens die folgenden Schritte auf: Vergleich eines Ionisations-Signals mit einem ersten Schwellwert, Messung der Zeitdauer des Zündfunkens, wenn das Ionisations-Signal größer ist als der erste Schwellwert, Vergleich der Zeitdauer des Zündfunkens mit einem zweiten Schwellwert, und Setzen einen Zustandsanzeige für eine offene sekundäre Wicklung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung enthält der Schritt der Messung der Zeitdauer des Zündfunkens die Schritte der Erfassung eines Ionisations-Signals über ein Zeitfenster der Zündung, des Vergleichs des Ionisations-Signals mit einem ersten Schwellwert, des Einschaltens eines Timers (Zeitgebers) wenn das erfasste Ionisations-Signal größer ist als der erste Schwellwert, Abschalten des Zeitgebers, nachdem das erfasste Ionisations-Signalen unter den ersten Schwellwert gefallen ist, den Vergleich des Ausgangs des Zeitgebers mit einem zweiten Schwellwert, und des Setzens der Zustandsanzeige für die offene Sekundärwicklung, wenn der Ausgang des Zeitgebers unterhalb der des zweiten Schwellwerts liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Gerät zur Erfassung einer offenen sekundären Wicklung, es hat einen ersten Vergleicher (Komparator) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei der erste Eingang operativ mit einem Ionisations-Signal verbunden ist und der zweite Eingang operativ mit einem ersten Schwellwert verbunden ist, ein Steuerungsmodul mit einem ersten Eingang und einem Aktivierungs-(Enable)Eingang, und einem Ausgang, worin der erste Eingang operativ verbunden ist mit dem Ausgang des ersten Vergleichers, einen Zeitgeber mit einem ersten und einem Aktivierungs-Eingang, und einem Ausgang, worin der erste Eingang operativ verbunden ist mit dem Ausgang des Steuerungsmodul, und einen zweiten Vergleicher mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang, worin der erste Eingang operativ verbunden ist mit dem Ausgang des Zeitgebers und der zweite Eingang operativ verbunden ist mit einem zweiten Schwellwert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung enthält das Modul zur Erfassung der offenen Sekundärwicklung einen Integrator mit einem Eingang für das Ionisations-Signal, einem Aktivierungs-(Enable)Eingang, einen Rücksetz-(Reset)Eingang und einem Ausgang, und einen Vergleicher mit einem ersten Eingang, der operativ verbunden ist mit dem Ausgang des Integrators, und mit einem zweiten Eingang, der operativ verbunden ist mit einem Schwellwert, und einem Ausgang.
Weitere Geltungsbereiche und Anwendbarkeiten der vorliegenden Erfindung werden einsichtig aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung. Dies ist allerdings so zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungen der Erfindung darstellen, nur als Illustration zu sehen sind, da verschiedene Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Geistes und des Geltungsumfangs der Erfindung möglich sind, wie dies für Fachleute sehr schnell zu erkennen sein wird.
Die vorliegende Erfindung wird eingehender verständlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Patentansprüchen und der begleitenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:
1 ein elektrisches Schaltbild eines Schaltkreises zur Messung des Ionisations-Stroms in der Verbrennungskammer eines internen Verbrennungsmotors;
2 ein Graph des Ionisations-Signals;
3 einen möglichen realen Aufbau zur Erfassung des Ionisations-Stroms;
4a den Verlauf des Ionisations-Signals für eine geschlossene sekundäre Wicklung;
4b den Verlauf des Ionisations-Signals für eine offene sekundäre Wicklung;
5 einen Vergleich zwischen den normalisierten integrierten Werten bei normalen Bedingungen und bei Bedingungen einer offenen sekundären Wicklung mit verschiedenen Ladezeit-Dauern;
6 ein logisches Blockdiagramm des Erkennungs-Moduls für eine offene sekundäre Wicklung, das die Energie des Zündfunkens integriert;
7 ein Flussdiagramm der Schritte, die durchlaufen werden, wenn durch Integration der Energie des Zündfunkens ermittelt wird, ob eine offene sekundäre Wicklung vorliegt;
8 ein logisches Blockdiagramm des Erkennungs-Systems für eine offene sekundäre Wicklung, die die Zeitdauer des Zündfunkens misst; und
9 ein Flussdiagramm der Schritte, die durchlaufen werden, wenn durch Messung der Zeitdauer des Zündfunkens ermittelt wird, ob eine offene sekundäre Wicklung vorliegt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung
In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Erfindung zwei Methoden zur Ermittlung einer offenen sekundären Wicklung 18 mit Hilfe des Ionisations-Stroms 100. Die erste Methode misst die Energie des Zündfunkens und die zweite Methode misst die Zeitdauer des Zündfunkens.
1 ist ein grundlegendes elektrisches Schaltbild eines Schaltkreises 10, der verwendet werden kann, um den Ionisations-Strom in der Verbrennungskammer eines internen Verbrennungsmotors zu messen. Der Schaltkreis 10 zur Messung des Ionisations-Stroms enthält eine Zündspule 12 und eine Zündkerze 14, die in der Verbrennungskammer eines internen Verbrennungsmotors angeordnet sind. Die Zündspule 12 enthält eine primäre Wicklung 16 und eine sekundäre Wicklung 18. Die Zündkerze 14 ist in einer elektrischen Reihenschaltung verbunden mit dem ersten Ende der sekundären Wicklung 18 und dem Massepotenzial. Die elektrischen Verbindungen zu dem zweiten Ende der sekundären Wicklung 18, sind eingehender im nachfolgenden Text beschrieben. Das erste Ende der primären Wicklung 16 ist elektrisch verbunden mit der positiven Elektrode der Batterie 20. Das zweite Ende der primären Wicklung 16 ist elektrisch verbunden mit dem Kollektor-Anschluss eines bipolaren Transistors mit isoliertem Gate (IGBT) oder einem Transistor einer anderen Type oder einem Schalter 22 und dem ersten Ende eines ersten Widerstandes 24. Der Basis-Anschluss des IGBT 22 empfängt ein Steuerungssignal, bezeichnet mit V_IN in 1, vom Steuerungssystem des Antriebsstrangs (PCM) 95. Das Steuerungssignal V_IN schaltet den IGBT 22 ein und aus, und lädt damit die primäre Wicklung der Zündspule. Wenn die Ladung abgeschlossen ist (oder in anderen Worten, wenn der IGBT ausgeschaltet wird), baut sich die Spannung über der sekundären Wicklung auf. Wenn eine Zündkerze mit der sekundären Wicklung verbunden ist und die Spannung groß genug ist, um einen Funken über dem Abstand der Zündelektroden zu erzeugen, wird der Zündfunke zwischen den Elektroden der Zündkerze erzeugt. Die aufgeladene Energie (in der Zündspule) wird dann durch den Zündungsstrom über die Zündkerze abgeleitet.
Ein zweiter Widerstand 25 ist in einer elektrischen Reihenschaltung zwischen dem Emitter-Anschluss des IGBT 22 und dem Massepotenzial angeordnet. Das zweite Ende des ersten Widerstandes 24 ist elektrisch verbunden mit der Anode der ersten Diode 26. Der Schaltkreis 10 enthält weiterhin einen Kondensator 28. Das erste Ende des Kondensators 28 ist elektrisch verbunden mit der Kathode der ersten Diode 26 und einem Stromspiegelungs-Schaltkreis 30. Das sekundäre Ende des Kondensators 28 ist mit dem Massepotenzial verbunden. Eine erste Zenerdiode 32 ist elektrisch verbunden über dem – oder in anderen Worten parallel zu dem – Kondensator 28, wobei die Kathode der ersten Zenerdiode 32 elektrisch verbunden ist mit dem ersten Ende des Kondensators 28 und die Anode der ersten Zenerdiode 32 elektrisch verbunden ist mit dem Massepotenzial.
Der Stromspiegelungs-Schaltkreis 30 enthält einen ersten und einem zweiten pnp-Transistor, entsprechend bezeichnet mit 34 und 36. Die pnp-Transistoren 34 und 36 sind gepaarte (aufeinander abgeglichene) Transistoren. Die Emitter-Anschlüsse der pnp-Transistoren 34 und 36 sind elektrisch verbunden mit dem ersten Anschluss des Kondensators 28. Die Basisanschlüsse der pnp-Transistoren 34 und 36 sind elektrisch sowohl miteinander als auch mit dem ersten Schaltungsknoten 38 verbunden. Der Kollektor-Anschluss des ersten pnp-Transistors 34 ist ebenfalls elektrisch verbunden mit dem ersten Schaltungsknoten 38, wodurch der Kollektor-Anschluss und der Basis-Anschluss des ersten pnp-Transistors 34 kurzgeschlossen werden. Auf diese Weise funktioniert der erste pnp-Transistor 34 als eine Diode. Ein dritter Widerstand 40 ist elektrisch verbunden in einer Reihenschaltung zwischen dem Kollektor-Anschluss des zweiten pnp-Transistors 36 und dem Massepotenzial.
Weiterhin ist eine zweite Diode 42 im Schaltkreis 10 enthalten. Die Kathode der zweiten Diode 42 ist elektrisch verbunden mit dem ersten Anschluss des Kondensators 28 und den Emitter-Anschlüssen des ersten und des zweiten pnp-Transistors 34 und 36. Die Anode der zweiten Diode 42 ist elektrisch verbunden mit dem ersten Schaltungsknoten 38.
Der Schaltkreis 10 enthält weiterhin einen vierten Widerstand 44. Der erste Anschluss des vierten Widerstandes 44 ist elektrisch verbunden mit dem ersten Schaltungsknoten 38. Das zweite Ende des vierten Widerstandes 44 ist elektrisch verbunden mit dem zweiten Anschluss der sekundären Wicklung 18 (gegenüberliegend der Zündkerze 14) und mit der Kathode der zweiten Zenerdiode 46. Die Anode der zweiten Zenerdiode 46 liegt auf Massepotenzial.
In einem mit Zündkerze aufgebauten Motor-System kann die Zündkerze 14, die sich bereits innerhalb der Verbrennungskammer befindet, als ein Erfassungsgerät verwendet werden, so dass die zusätzliche Einbringung eines separaten Sensors nicht erforderlich ist. Während des Verbrennungsprozesses im Motor wird eine große Menge von Ionen im Plasma erzeugt. Zum Beispiel werden H3O+, C3H3+ und CHO+ durch die chemischen Reaktion in der Flammenfront erzeugt, und sie besitzen eine ausreichend lange Lebensdauer, um erfasst zu werden. Wenn eine Spannung über den Elektroden der Zündkerze angelegt wird, werden diese freien Ionen angezogen. Als Ergebnis dieser Anziehung wird ein Ionisations-Signal 100 generiert.
Das Ionisations-Signal 100 an der Zündkerze misst die lokale Leitfähigkeit zwischen den Elektroden der Zündkerze, wenn die Verbrennung innerhalb des Zylinders stattfindet. Die Änderungen des Ionisations-Signals 100 über der Stellung der Kurbelwelle können in Bezug gesetzt werden zu verschiedenen Prozesszuständen innerhalb des Verbrennungsprozesses. Das Ionisations-Signal 100 hat typischerweise zwei Phasen: die Zündungsphase und die Phase nach der Zündung. Die Zündungsphase findet statt, wenn die Zündspule 12 aufgeladen wird und nachfolgend das Luft-Kraftstoff-Gemisch zündet. Die Phase nach der Zündung findet statt, wenn sich die Flamme in Zylinder entwickelt (die Bewegung der Flammenfront während der Erzeugung des Flammen-Kerns). Die vorliegende Erfindung verwendet das Ionisations-Signal in der Zündungsphase, das eine Messung des gesättigten Zündungsstroms darstellt, die zur Erfassung einer offenen sekundären Wicklung verwendet werden kann. Es ist gezeigt worden, dass der Ionisations-Strom in der Phase nach der Zündung in enger Beziehung steht zu dem minimalen Zeitpunkt für den Zündzeitpunkt mit dem besten Drehmoment (MBT), dem Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, der Rate der Abgasrückführung (EGR), des maximalen Drucks im Zylinder, der Verbrennungsrate, etc.. 2 zeigt den Verlauf des Ionisations-Signals oder der Ionisationsspannung (proportional zum Ionisations-Strom I_ION 205) zusammen mit dem Signal in der Zündphase 141 und dem Signal nach dem Zündvorgang 143.
Ein typisches Zündsystem mit Einrichtung zur Erfassung der Ionisation ist in 3 dargestellt. Der Aufbau zur Erfassung der Ionisation 80 besteht aus einem Zündkerzenstecker mit integrierter Zündspule oder einem Bleistift-förmigen Aufbau der Zündspule, mit einer Einrichtung in jeder Zündspule, die es erlaubt, eine Vorspannung über den Spitzen der Elektroden anzulegen, wenn der Zündfunke nicht gezündet ist. Der Strom über den Elektroden der Zündkerze wird über eine Schaltung zur Stromspiegelung isoliert und verstärkt, bevor sie gemessen wird. Die Zündspulen 81 (mit Erfassung des Ionen-Stroms) werden verbunden mit dem Modul 82 (das das Ionenstrom-Signal verarbeitet).
Falls die Zündung an der Zündkerze 14 versagt, wirkt sich dies auf das Ionisations-Signal 100 während seiner Zündungsphase 141 aus. Wie weiter oben gesagt, stellt die vorliegende Erfindung zwei Methoden zur Erfassung der offenen sekundären Wicklung vor, und zwar eine Messung der Ionisations-Energie des Zündfunkens und eine Messung der Zeitdauer des Zündfunkens.
Eine offene sekundäre Wicklung 18 kann ermittelt werden, indem beobachtet wird, ob ein Zündfunken gezündet worden ist. Die Energie ist definiert als die Ionisationsspannung 100 während der Zündung, integriert über ein Zündungs-Zeitfenster. Typisch kann die Ionisations-Energie des Zündfunkens, die sich von der tatsächlichen Energie des Zündfunkens unterscheidet, mit Hilfe der nachfolgenden Formel angenähert dargestellt werden E = ∫_O ^T V² _ION/R dt,
Wobei E die Energie darstellt, V_ION die Ionisationsspannung darstellt, die proportional zum Ionisations-Strom 205 ist, R den Belastungswiderstand darstellt, und T die Dauer des Zündfunkens bedeutet. In einer bevorzugten Ausführung wird die Ionisationsspannung 100 über das Zeitfenster für die Zündung 85 integriert und die erhaltene integrierte Energie 87 mit einem Referenzwert oder Schwellwert 89 verglichen. Wenn die integrierte Energie 87 kleiner ist als der Schwellwert 89, ist kein Zündfunken aufgetreten und es wird angenommen, dass die sekundäre Wicklung 18 offen, das heißt unterbrochen, ist. Das Zeitfenster für die Zündung 85 ist definiert als eine feste Zeitdauer, die gegeben ist, nachdem die Aufladung der Zündspule abgeschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführung verwendet das vorliegende Zündungs-System ein Zeitfenster. für die Zündung 85 mit einer Dauer von 500 Mikrosekunden. Die Größe des Zeitfensters für die Zündung 85 kann irgendwo zwischen 300 Mikrosekunden und 3 Millisekunden liegen, abhängig von der tatsächlichen Zeitdauer des Zündfunkens im gegebenen Zündungs-System. Auf diese Weise ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass diese die Ionisationsspannung 100 oder das Ionisations-Signal 100 über ein kurzes Zeitfenster der Zündung integriert und dadurch die Verarbeitungszeit reduziert.
Da der Belastungswiderstand R auf Grund der Eigenschaften des Schaltkreises zur Messung der Ionisation als konstant angenommen wird, und da es bekannt ist, dass der Schaltkreis während des Vorkommen des Zündfunkens in eine Sättigung läuft, ergibt die Multiplikation von V_MAX ² (wobei V_MAX die maximale Spannung ist, die der Schaltkreis zur Messung der Ionisation erzeugt) mit der Dauer des Zeitfensters für die Zündung 85 einen repräsentativen Wert für die integrierte Energie 87 oder den integrierten Wert 87. Um die Berechnung der Integration zu vereinfachen, wird anstelle der Integration des Quadrats der Ionisationsspannung die Ionisationsspannung 100 direkt integriert. Ein repräsentativer oder typischer Wert für die integrierte Energie für einen Zylinder, der gezündet hat, ist (5 V)·0,5 msec (unter der Annahme, dass der Wert des Belastungswiderstandes gleich eins ist), was ungefähr proportional ist zu der tatsächlichen Energie des Zündfunkens ist, die definiert ist durch die Integration des Produkts von Zündspannung und Strom über das Zeitfenster der Zündung. Die Zeitdauer von 0,5 Millisekunden stellt ein typisches Integrationszeitfenster 85 bei einer typischen Geschwindigkeit des Motors (1500 RPM – 1500 Umdrehungen pro Minute) und Belastung (2,62 Bar mittlerer effektiver Bremsdruck (BMEP – Brake Mean effective Pressure) dar. Das tatsächliche Zeitfenster variiert mit der Geschwindigkeit des Motors und seiner Belastung. Die 5 Volt stellen den Maximalwert dar, den der Schaltkreis zur Messung der Ionisation aus 1 erzeugt. Der Referenzwert oder Schwellwert der Energie 89 wird festgesetzt als 75 Prozent dieses typischen integrierten Energie-Werts 87. Der tatsächliche Schwellwert 89 kann zwischen 65 und 85 Prozent des typischen integrierten Energie-Werts 87 oder des integrierten Wertes 87 schwanken. Deshalb wird der Schwellwert 89 berechnet unter Verwendung der maximalen Spannung V_MAX, die der Schaltkreis zur Messung der Ionisation erzeugt, durch Multiplikation dieser maximalen Spannung V_MAX mit dem Zeitfenster für die Zündung 85, wodurch ein typischer Wert für die integrierte Energie 87 berechnet wird, und Multiplikation des Wertes für die integrierte Energie 87 mit dem prozentualen Faktor.
In einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Erfassung der offenen sekundären Wicklung 18 während der Zündungsphase 141 des Ionisations-Signals 100. Bei einem Erfassungssystem für die Ionisation, in dem der Ionisations-Strom und der Zündungs-Strom 204 in der gleichen Richtung fließen (siehe 1), ist der gespiegelte Ionisations-Strom während der Zeitdauer der Zündung 85 proportional zum Zündungsstrom 204.
Da der Zündungsstrom 204 im Bereich von Milliampere liegt und der Ionisations-Strom 205 im Mikroampere Bereich, ist der Zündungs-Strom 204, der proportional ist zu der in der Messung des Ionisations-Signals gezeigten Ionisationsspannung in der Zündungsphase 141, oft gesättigt, wie in 2 gezeigt. Die Ionisationsspannung in der Zündungsphase 141, die in 2 gezeigt ist, besteht aus zwei Abschnitten, der Phase des Ladestroms und der Phase des Zündungsstroms. Der rampenförmige ansteigende Abschnitt 102 des Signals ist proportional zum primären Ladestrom und er repräsentiert das eingeprägte (darüber gelegte) Ladestrom-Signal. Der Puls 104 stellt den gesättigten Zündungsstrom 204 dar (siehe 4).
Es ist festzustellen, dass im Falle einer offenen sekundären Wicklung 18 kein Zündstrom fließt. 4 zeigt einen Vergleich der Ionisationsspannung 100 in der Zündungsphase für den normalen Betriebsablauf (4a) und den Fall einer offenen sekundären Wicklung 18 (4b). Ein Puls im Zündstrom, der proportional ist zu dem Puls in der Zündspannung 104 in 4a, kann unter normalen Betriebszuständen beobachtet werden, während im Fall einer offenen sekundären Wicklung lediglich eine oszillierende Spannung 109 („Klingelspannung”), die proportional ist zu einem oszillierenden Strom, zu beobachten ist (siehe 4b).
Auf Grund dessen besteht die vorgeschlagene Methode zur Erfassung der offenen sekundären Wicklung 18 darin, die Ionisationsspannung 100 über die Zeitdauer des Zündfunkens 85 oder das Integrationsfenster 85 zu integrieren und dann den integrierten Wert 87 mit einem gegebenen Schwellwert der Energie 89 zu vergleichen. Wenn der integrierte Wert 87 unterhalb des Schwellwerts 89 liegt, liegt eine offene sekundäre Wicklung 18 vor. Die Schwelle 89 kann auch eine Funktion der Geschwindigkeit der Maschine, der Belastung, etc. sein.
5 stellt einen Vergleich der normalisierten integrierten Werte 87 bei normalen Bedingungen und Bedingungen einer offenen sekundären Wicklung bei verschiedenen Zeitdauern der Ladung (der Zündspule) dar. Es existiert ein großer Abstand zwischen den integrierten Werten 87 im Falle des normalen Betriebs und im Falle einer offenen sekundären Wicklung. Deswegen kann eine offene sekundäre Wicklung leicht erkannt werden, wenn die Schwelle in die Mitte zwischen beiden Betriebszuständen gelegt wird, siehe 5, auch wenn die Haltezeiten der Signale signifikant variieren. Dies stellt einen weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung dar. In 5 variierenden die Haltezeiten von 0,6 bis 1,1 Millisekunden.
Die Einrichtung zur Erfassung einer offenen sekundären Wicklung 50 der vorliegenden Erfindung verwendet einen Integrator 90, um das Ionisations-Signal 100 zu integrieren, und verwendet dann einen Vergleicher 92, um festzustellen, ob das über das Zeitfenster der Zündung 85 integrierte Ionisations-Signal oberhalb einer vorgegebenen Schwelle 89 liegt. Ist dies der Fall, so ist ein Zündfunken gezündet worden. Andernfalls liegt ein Fehler in der Erzeugung des Zündfunkens vor. Dies zeigt, dass die sekundäre Wicklung 18 offen ist.
6 ist ein logisches Blockschaltbild der Einrichtungen zur Erfassung einer offenen sekundären Wicklung 50. Ein grobes Blockschaltbild der Logik, die verwendet wird, um festzustellen, ob eine offene sekundäre Wicklung vorliegt, ist in 7 gezeigt. Die Einrichtung zur Erfassung einer offenen sekundären Wicklung wird eingeschaltet durch das Steuerungssystem für den Antriebsstrang 95, das ein Einschaltsignal 97 für die Erkennung der offenen sekundären Wicklung an den Aktivierungs-Eingang 91 des Integrators 90 sendet (Schritt 200). Wenn die Einrichtung 50 eingeschaltet ist, wird der Integrator 90 zurückgesetzt (Schritt 210). In einer bevorzugten Ausführung setzt ein Rücksetz-Puls, der zum Reset-Eingang 93 des Integrators 90 gesendet wird, den Integrator 90 vor dem Schritt der Integration zurück (siehe unten). Oft kann auch die ansteigende Flanke des Zündungs-Ladepulses V_IN (vom Steuerungsmodul 95 des Antriebsstrangs) für den Schritt des Zurücksetzens verwendet werden. Als Nächstes wird das gemessene Ionisations-Signal 100 erfasst (Schritt 215) und über das Zeitfenster der Zündung 85 integriert (Schritt 220). Danach wird der integrierte Wert 87 mit einer vorgegebenen Schwelle 89 (oder Referenz-Wert) im Vergleicher 92 verglichen (Schritt 230). Das Steuerungsmodul für den Antriebsstrang 95 führt die Abfrage durch „ist der integrierte Wert 87 größer als der Schwellwert 89? (Schritt 235)”. falls die Antwort Nein ist, liegt der integrierte Wert 87 unterhalb des Schwellwerts 89 und der Ausgang 94 des Vergleichers 92 wird auf logisch „Null” gesetzt, und das Steuerungsmodul für den Antriebsstrang 95 setzt das Zustandssignal für eine offene sekundäre Wicklung 99 (Schritt 240). Ist die Antwort ja, dann ist die sekundäre Wicklung 18 nicht offen (Schritt 245).
Die Einrichtung zur Erkennung einer offenen sekundären Wicklung 60 entsprechend der vorliegenden Erfindung, die in 8 gezeigt ist, misst die Zeitdauer des Zündfunkens. Die Einrichtung zur Erkennung einer offenen sekundären Wicklung 60 verwendet einen ersten Vergleicher 110, der das Ionisations-Signal 100 mit einem ersten Schwellwert 115 über die Zeitdauer der Zündung 85 vergleicht. So lange wie die Größe des Ionisations-Signals 100 oberhalb des Schwellwerts 115 liegt, aktiviert das Steuerungssignal 136 den Zeitgeber (Timer) 120. Der Zeitgeber 120 misst die Zeit, während der das Ionisations-Signal 100 oberhalb des Schwellwerts 115 liegt, und gibt als Ausgang ein Signal für die Zeitdauer der Zündung 125, das eine Messgröße für die Zeitdauer der Zündung darstellt. Als Nächstes wird das Signal für die Zeitdauer der Zündung 125 auf den Eingang eines zweiten Vergleichers 140 gegeben. Der Vergleicher 140 stellt fest, ob die Zeitdauer der Zündung 125 oberhalb eines zweiten Schwellwerts für die Zeitdauer 135 liegt. Ist dies der Fall, so ist ein Zündfunken gezündet worden. Andernfalls ist die Erzeugung des Zündfunkens fehlgeschlagen und die sekundäre Wicklung 18 ist offen.
8 ist ein logisches Blockdiagramm der Erfassungseinrichtung für eine offene sekundäre Wicklung 60. Ein übergreifendes Flussdiagramm, das die bei der Erkennung einer offenen sekundären Wicklung durchlaufenen logischen Schritte darstellt, ist in 9 dargestellt. Die Erfassungseinrichtung für eine offene sekundäre Wicklung 60 wird eingeschaltet durch das Steuerungsmodul für den Antriebsstrang 95, das ein Aktivierungs-Signal 126 zur Erfassung einer offenen sekundären Wicklung an die Aktivierungs-Eingänge 131 und 121 von sowohl der Zeitgeber-Steuerung 130 als auch des Zeitgebers 120 sendet (Schritt 300). Wenn die Einrichtung 60 eingeschaltet ist, wird der Zeitgeber 120 zurückgesetzt und der Aktivierungs-Status 117 für die Timer-Steuerung 130 wird auf „eins” gesetzt (Schritt 305). In einer bevorzugten Ausführung kann die ansteigende Flanke des Aktivierungs-Signals für das Zurücksetzen verwendet werden. Als letztes wird das gemessene Ionisations-Signal 100 erfasst (Schritt 315) und Ober das Zeitfenster der Zündung 85 mit der Schwelle 115 in einem ersten Vergleicher 110 verglichen (Schritt 320). Die Schwelle 115 ist gesetzt auf 60 bis 90 Prozent der maximalen Ionisationsspannung, die proportional ist zum Ionisations-Strom. In dem Fall, wo die maximale Ionisationsspannung 5 V ist, kann die Schwelle 115 auf einen Wert zwischen 3 und 4,5 V gesetzt werden. Der Vergleicher fragt ab „ist das Ionisations-Signal 100 größer als die Schwelle 115?” (Schritt 322). Wenn das Ionisations-Signal 100 größer ist als die Schwelle 115, wird der Ausgang 116 des ersten Vergleichers 110 auf logisch „eins” gesetzt (Schritt 325). Andernfalls wird der Ausgang 116 auf logisch „Null” gesetzt (Schritt 328).
Der Ausgang 116 wird auf die Timer-Steuerung 130 gegeben. Wenn der Ausgang 116 auf logisch „eins” gesetzt ist, was stattfindet, wenn die Größe de Ionisations-Signals 100 oberhalb der Schwelle 115 liegt, setzt die Timer-Steuerung 130 ihren Timer-Aktivierungs-Ausgang 136 auf logisch „eins” und setzt den Aktivierungs-Status 117 auf null (Schritt 330). Der Timer Aktivierungs-Ausgang 136 ist Eingang für den Timer 120. Wenn das Timer Aktivierungs-Signal auf logisch „eins” gesetzt wird, wird der Timer 120 gestartet (Schritt 332). Als Nächstes fragt das System 60” ist das Ionisations-Signal 100 größer als die Schwelle 115?” (Schritt 335). Der Zeitgeber 120 zählt weiter die Puls-Dauer, und zwar so lange wie die Größe des Ionisations-Signals 100 größer ist als die Schwelle 115 (Schritt 337). Wenn der Wert des Ionisations-Signals 100 unterhalb der Schwelle 115 fällt (Schritt 338), wird der Ausgang 116 des ersten Vergleichers 110 auf logisch „Null” gesetzt (Schritt 340), was den Zeitgeber 120 deaktiviert (disable).
Der Ausgang 125 des Zeitgebers 120 wird im Vergleicher 140 mit einer zweiten Schwelle 135 oder der Schwelle der Zeitdauer 135 verglichen. Das System 60 fragt ab „ist der Ausgang 125 des Zeitgebers größer als die Schwelle 135?” (Schritt 342). Die Schwelle 135 wird gesetzt auf 60 bis 90 Prozent der minimalen Zeitdauer des Zündfunkens im gegebenen Zündsystem. Bei einem Zündsystem mit einer minimalen Zeitdauer des Zündfunkens von 0,3 Millisekunden kann die Schwelle 140 zwischen Werten von 0,18 bis 0,27 Millisekunden gewählt werden. Wenn die Antwort „Nein” ist, ist der Ausgang des Zeitgebers 125 unterhalb der Schwelle 140 und die sekundäre Wicklung 18 ist offen. Das Steuerungssystem für den Antriebsstrang 95 setzt die Status-Anzeige für eine offene sekundäre Wicklung 99 auf „yes (ja)” (Schritt 345). Falls die Antwort „ja„ ist, ist die sekundäre Wicklung 18 nicht offen und das Steuerungsmodul für den Antriebsstrang 95 setzt die Statusanzeige für die offene sekundäre Wicklung 99 auf „no (nein)”. (Schritt 350).
Die vorliegende Erfindung wird hier dargestellt und mit Bezug auf Details von exemplarischen Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dies ist so zu verstehen, dass die Darstellung zur Illustration gedacht ist und nicht in einschränkendem Sinne. Fachleute werden aus dieser Darstellung, und zusätzlich aus der begleitenden Zeichnung und den Patentansprüchen, schnell erkennen, dass verschiedene Veränderungen, Modifikationen und Variationen der Erfindung möglich sind, ohne vom gedanklichen Grundsatz und dem fairen Geltungsumfang der Erfindung abzugehen, wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche und seine Äquivalente definiert ist.

Claims

Eine Einrichtung zur Erkennung einer offenen sekundären Wicklung in einer Zündspule, die Einrichtung weist auf: – einen Integrator (90) mit einem Eingang für ein Ionisations-Signal (100), mit einem Eingang für ein Aktivierungs-Signal (91), mit einem Eingang für ein Rücksetz-Signal (93), und mit einem Ausgang; dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin aufweist – einen Vergleicher (92) mit einem ersten Eingang, der operativ verbunden ist mit dem Ausgang des Integrators (90), mit einem zweiten Eingang, der operativ verbunden ist mit einem Schwellenwert (89), und mit einem Ausgang (94) und – ein Steuerungsmodul (95) für den Antriebsstrang, das einen Eingang, der operativ verbunden ist mit dem Ausgang (94) des Vergleichers (92), und einen Ausgang aufweist, der operativ verbunden ist mit dem Eingang für das Aktivierungs-Signal (91) des Integrators (90), wodurch ein Aktivierungs-Signal (97) für die Erkennung einer offenen sekundären Wicklung vom Steuerungsmodul (95) für den Antriebsstrang zu dem Eingang für das Aktivierungs-Signals (91) des Integrators (90) übergeben wird; und dass der Eingang für das Rücksetz-Signal (93) des Integrators (90) operativ verbunden ist mit dem Puls für die Ladung des Zündsystems, und der Eingang für den Ionisations-Strom (100) des Integrators (90) operativ verbunden ist mit einem Stromkreis (10) zur Messung des Ionisations-Stroms.
Einrichtung zur Erkennung einer offenen sekundären Wicklung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang für ein Ionisations-Signal (100) des Integrators (90) operativ verbunden ist mit einem Schaltkreis (10) zur Messung eines Ionisations-Stroms.