DE102005043318A1

DE102005043318A1 - Arrangement for high-voltage side detection of a measurement signal, in particular a signal corresponding to the ion current between the electrodes of a spark plug of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102005043318A1
Application number: DE200510043318
Authority: DE
Inventors: Tycho Dr. Weißgerber
Original assignee: Pulse GmbH
Current assignee: Pulse GmbH and Co KG
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-03-22
Also published as: EP1979608B8; JP2009508131A; EP1979608B1; WO2007031521A1; EP1979608A1; CN101263299A; JP4672773B2; CN101263299B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines breitbandigen Messsignals, insbesondere eines dem Ionenstrom zwischen den Elektroden der Zündkerze (10) einer Brennkraftmaschine entsprechenden Signals. Die Anordnung hat drei parallele Strompfade, wobei im ersten Strompfad zumindest die Sekundärwicklung (14) eines Zündtransformators (20) angeordnet ist. Im zweiten Strompfad ist zumindest die durch mindestens zwei Elektroden gebildete Funkenstrecke der Zündstrecke (10) angeordnet. Im dritten Strompfad ist zumindest ein Messwiderstand (Rm) angeordnet. Die Enden des dritten Strompfades sind direkt und/oder über eine Diode (D1) mit jeweils einem Anschluss der Sekundärwicklung (14) des Zündtransformators (20) verbunden.The invention relates to an arrangement for detecting a broadband measurement signal on the high voltage side, in particular a signal corresponding to the ion current between the electrodes of the spark plug (10) of an internal combustion engine. The arrangement has three parallel current paths, at least the secondary winding (14) of an ignition transformer (20) being arranged in the first current path. At least the spark gap of the ignition gap (10) formed by at least two electrodes is arranged in the second current path. At least one measuring resistor (Rm) is arranged in the third current path. The ends of the third current path are connected directly and / or via a diode (D1) to a respective connection of the secondary winding (14) of the ignition transformer (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines breitbandigen Messsignals, insbesondere eines dem Ionenstrom zwischen den Elektroden einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine entsprechenden Signals. Die Anordnung weist mindestens einen ersten Strompfad auf, in dem zumindest die Sekundärwicklung des Zündtransformators angeordnet ist, und einen zweiten Strompfad, in dem zumindest die durch mindestens zwei Elektroden gebildete Funkenstrecke einer Zündkerze angeordnet ist.The The invention relates to an arrangement for high-voltage side detection a broadband measurement signal, in particular one of the ionic current between the electrodes of a spark plug an internal combustion engine corresponding signal. The arrangement has at least one first current path, in which at least the secondary winding of the ignition transformer is arranged, and a second current path, in which at least the spark gap formed by at least two electrodes spark plug is arranged.

Der Verbrennungsvorgang eines Benzin-Luft-Gemisches in Brennkraftmaschinen, insbesondere in Ottomotormotoren, wird durch einen Zündfunken initiiert, der durch eine zwischen zwei Elektroden einer Zündkerze angelegte Hochspannung erzeugt wird. Beim Erreichen einer Durchbruchsspannung wird zwischen den Elektroden in Folge einer Lichtbogenentladung ein Lichtbogen erzeugt, der auch als Zündfunke bezeichnet wird. Durch die Lichtbogenentladung, durch die bei der Entladung entstehende UV-Strahlung und durch den Verbrennungsvorgang des Benzin-Luft-Gemisches erfolgt eine chemische und thermische Ionisation, und es werden im Brennraum Ladungsträger erzeugt, die auch nach Abriss des Lichtbogens im Bereich zwischen den Elektroden der Zündkerze vorhanden sind. Die Anzahl und Verteilung dieser Ladungsträger ist insbesondere vom Innendruck im Zylinder und vom Verbrennungsvorgang selbst abhängig.Of the Combustion process of a gasoline-air mixture in internal combustion engines, especially in gasoline engines, is sparked by a spark initiated by a between two electrodes of a spark plug applied high voltage is generated. When reaching a breakdown voltage is between the electrodes as a result of an arc discharge generates an arc, which is also called a spark. By the arc discharge caused by the discharge UV radiation and by the combustion process of the gasoline-air mixture a chemical and thermal ionization, and it will be in the combustion chamber charge carrier generated, even after breaking the arc in the area between the electrodes of the spark plug available. The number and distribution of these charge carriers is in particular the internal pressure in the cylinder and the combustion process self dependent.

Beim Verbrennungsvorgang wird eine thermisch-chemische Kettenreaktion eingeleitet, bei der neben den Ionen auch sogenannte Radikale gebildet werden. Als Radikale werden in der Chemie Atome und Moleküle mit mindestens einem ungepaarten Elektron bezeichnet, die meist eine hohe Reaktivität haben. Bedingt durch diese Reaktivität existieren Radikale meistens nur sehr kurze Zeit. Durch eine an die Elektroden der Zündkerze angelegte Spannung kann der Reaktionsablauf als Stromfluss gemessen werden. Dieser Reaktionsvorgang läuft sehr schnell ab. Dadurch beinhaltet der zwischen den Elektroden erzeugte Ionenstrom hohe Frequenzanteile. Um möglichst aufschlussreiche Informationen über den Verbrennungsvorgang zu erhalten, muss ein breitbandiges Messsignal ermittelt werden.At the Combustion process becomes a thermal-chemical chain reaction initiated, in addition to the ions also so-called radicals are formed. As radicals become in the chemistry atoms and molecules with at least an unpaired electron, which usually has a high reactivity. Due to this reactivity Radicals usually only exist for a very short time. By one to the Electrodes of the spark plug applied voltage, the reaction sequence can be measured as current flow. This reaction process is running very quickly. As a result, the generated between the electrodes Ion current high frequency components. To get as insightful information about the combustion process To obtain a broadband measurement signal must be determined.

Bei bekannten Messanordnungen ist die Auswerteschaltung in Reihe zur Sekundärspule angeordnet, wodurch die Sekundärspule als Tiefpassfilter wirkt. Dadurch können nicht alle Frequenzanteile des Ionenstroms ermittelt und ausgewertet werden. Ferner beeinträchtigt die Messschaltung bei bekannten Systemen die verfügbare Funkenenergie.at Known measuring arrangements is the evaluation circuit in series with secondary coil arranged, whereby the secondary coil acts as a low pass filter. As a result, not all frequency components of the Ion current can be determined and evaluated. Furthermore, the Measuring circuit in known systems the available spark energy.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, bei der ein breitbandiges Messsignal auf einfache Weise hochspannungsseitig ermittelt und bei der die zum Erzeugen des Lichtbogens zur Verfügung stehende Energie nicht oder nur gering reduziert ist.task The invention is to provide an arrangement in which a broadband Measurement signal in a simple manner high-voltage side determined and in which the available for generating the arc Energy is not or only slightly reduced.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines breitbandigen Messsignals mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ge löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.These The object is achieved by an arrangement for high-voltage side detection a broadband measuring signal with the features of the claim 1 ge triggers. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Durch die Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird erreicht, dass den Elektroden der Zündkerze eine relativ große Energiemenge zum Erzeugen des Lichtbogens zugeführt werden kann und gleichzeitig Ionenströme und andere hochfrequente Signalanteile präzise hochspannungsseitig zu messen. Eine unregelmäßige Kraftstoffverbrennung bei Verbrennungsmotoren, die auch als Klopfen bezeichnet wird, kann durch diese Anordnung im gesamten Drehzahl-Last-Bereich eines Verbrennungsmotors sicher erfasst werden, da die verfügbare Messbandbreite sicher größer als die akustische Resonanzfrequenz des Brennraumsist. Dadurch steht auch beim Einsatz der hochspannungsseitigen Messschaltung im gesamten Drehzahl-Last-Bereich ausreichend Energie zum Einleiten einer sicheren Verbrennung zur Verfügung.By the arrangement with the features of claim 1 is achieved that the electrodes of the spark plug a relatively large one Amount of energy can be supplied to generate the arc and simultaneously ion currents and other high-frequency signal components precise high-voltage side too measure up. An irregular fuel combustion in internal combustion engines, which is also referred to as knocking can by this arrangement in the entire speed-load range of an internal combustion engine be safely detected, since the available measurement bandwidth safe greater than the acoustic resonance frequency of the combustion chamber is. This is also true when using the high voltage side measuring circuit throughout Speed-load range sufficient energy to initiate a safe combustion to disposal.

Wird die Messspannung beispielsweise mit Hilfe eines Kondensators bereitgestellt, der durch die mit Hilfe des Zündtransformators erzeugten Hochspannung geladen wird, wird nur relativ wenig Energie zum Erzeugen der Messspannung entzogen. Vorzugsweise wird zum Entkoppeln des Messstromkreises von der Sekundärspule eine in bekannten Schaltungsanordnungen vorhandene Diode, die dort zur Unterdrückung des Einschaltimpulses dient, genutzt. Bei der Unterdrückung des Einschaltimpulses wird eine sekundärseitige Hochspannung infolge des primärseitigen Zuschaltens der Versorgungsspannung verhindert.Becomes the measuring voltage provided for example by means of a capacitor, that by means of the ignition transformer high voltage is charged, only relatively little energy withdrawn to generate the measuring voltage. Preferably, for decoupling the measuring circuit of the secondary coil in a known circuit arrangements existing diode, which there to suppress the switch-on serves, uses. In the suppression of the switch-on pulse is a secondary-side high voltage due the primary-side Connecting the supply voltage prevents.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine weitere Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines breitbandigen Messsignals, insbesondere eines dem Ionenstrom zwischen den Elektroden einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine entsprechenden Signals. Die Anordnung hat drei parallele Strompfade, wobei im ersten Strompfad zumindest die Sekundärwicklung eines Zündtransformators und im zweiten Strompfad zumindest die durch mindestens zwei Elektroden gebildete Funkenstrecke der Zündkerze angeordnet sind. Im dritten Strompfad ist zumindest ein Messwiderstand angeordnet. Zumindest in einem Bereich zwischen dem Anschluss der Sekundärwicklung und dem Messwiderstand dient zumindest ein Abschnitt eines Transformatorkerns des Zündtransformators als elektrischer Leiter.A second aspect of the invention relates to a further arrangement for high-voltage side detection of a broadband measurement signal, in particular a signal corresponding to the ion current between the electrodes of a spark plug of an internal combustion engine. The arrangement has three parallel current paths, at least the secondary winding of an ignition transformer in the first current path and at least the spark gap formed by at least two electrodes in the second current path Spark plug are arranged. In the third current path at least one measuring resistor is arranged. At least in one area between the connection of the secondary winding and the measuring resistor serves at least a portion of a transformer core of the ignition transformer as an electrical conductor.

Durch diese Anordnung wird erreicht, dass ein breitbandiges Messsignal ermittelt werden kann, ohne dass die von der Sekundärspule des Zündtransformators zum Erzeugen eines Lichtbogens mit Hilfe der Zündkerze bereitgestellte Energie nicht oder nur gering durch die Messschaltung reduziert ist, wobei eine platzsparende Anordnung der Elemente insbesondere dadurch möglich ist, dass der Transformatorkern als elektrischer Leiter genutzt wird.By This arrangement is achieved that a broadband measurement signal can be determined without that of the secondary coil of the ignition transformer Energy provided for generating an arc with the aid of the spark plug not or only slightly reduced by the measuring circuit, wherein a space-saving arrangement of the elements is possible in particular thereby that the transformer core is used as an electrical conductor.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden auf die in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die an Hand spezifischer Terminologie beschrieben sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Schutzumfang der Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll, da derartige Veränderungen und weitere Modifizierungen an den gezeigten Vorrichtungen sowie derartige weitere Anwendungen der Erfindung, wie sie darin aufgezeigt sind, als übliches derzeitiges oder künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmanns angesehen werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, nämlich:To the better understanding The present invention is described below in the drawings illustrated preferred embodiments reference taken from specific terminology. It is noted, however, that the scope of the invention not restricted should be, because such changes and further modifications to the devices shown as well such other applications of the invention as shown therein as usual current or future Expertise of a competent Be considered professional. The figures show exemplary embodiments of the invention, namely:

1 einen Stromlaufplan einer bekannten Schaltungsanordnung zum Erfassen eines Ionenstroms zwischen den Elektroden einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine; 1 a circuit diagram of a known circuit arrangement for detecting an ion current between the electrodes of a spark plug of an internal combustion engine;

2 den Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zum Erfassen eines breitbandigen Messsignals gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 2 the circuit diagram of a circuit arrangement for detecting a broadband measurement signal according to a first embodiment of the invention;

3 einen Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zum Erfassen eines breitbandigen Messsignals gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und 3 a circuit diagram of a circuit arrangement for detecting a broadband measurement signal according to a second embodiment of the invention; and

4 einen weiteren Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zum Erfassen eines Messsignals. 4 a further circuit diagram of a circuit arrangement for detecting a measurement signal.

In 1 ist ein Stromlaufplan einer bekannten Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Zündlichtbogens, dem so genannten Zündfunken, mit Hilfe einer Zündkerze 10 gezeigt. Die zum Erzeugen des Lichtbogens erforderliche Hochspannung wird mit Hilfe eines Transformators 20 erzeugt wird. Der Transformator 20 hat eine Primärwicklung 12 und eine Sekundärwicklung 14, die über einen Eisenkern 13 magnetisch miteinander gekoppelt sind. Ein Anschluss der Primärwicklung 12 ist permanent mit dem Pluspol der Batteriespannung Ubatt einer Batterie 16 eines Kraftfahrzeugs verbunden. Der Minuspol der Batterie 16 ist mit der Masse des Kraftfahrzeugs verbunden, die als Bezugspotential dient. Eine elektronische Steuereinheit 18 erzeugt Ansteuerimpulse zum Ansteuern einer durch einen IGBT-Leistungstransistor gebildeten Leistungsendstufe und führt einem Steueranschluss (Gate) des IGBT-Leistungstransistors über einen Vorwiderstand Rz diese Steuerimpulse als Ansteuersignal zu.In 1 is a circuit diagram of a known circuit arrangement for generating a Zündlichtbogens, the so-called spark, using a spark plug 10 shown. The high voltage required to generate the arc is achieved by means of a transformer 20 is produced. The transformer 20 has a primary winding 12 and a secondary winding 14 that have an iron core 13 are magnetically coupled together. One connection of the primary winding 12 is permanently connected to the positive pole of the battery voltage Ubatt of a battery 16 a motor vehicle connected. The negative pole of the battery 16 is connected to the mass of the motor vehicle, which serves as a reference potential. An electronic control unit 18 generates drive pulses for driving a power output stage formed by an IGBT power transistor and supplies a control terminal (gate) of the IGBT power transistor via a series resistor Rz to these control pulses as a drive signal.

Abhängig vom Ansteuersignal verbindet der IGBT-Leistungstransistor den zweiten Anschluss der Primärwicklung 12 mit der Masse. Ein erster Anschluss der Sekundärwicklung 14 ist mit der Hochspannungselektrode der Zündkerze 10 verbunden. Eine weitere Elektrode der Zündkerze 10 ist mit der Fahrzeugmasse verbunden. Die beiden Elektroden sind in einem Abstand zueinander angeordnet und bilden eine Funkenstrecke, über die mit Hilfe der durch den Zündtransformator 20 erzeugten Hochspannung ein Lichtbogen erzeugt wird. Der zweite Anschluss der Sekundärwicklung 14 ist mit einer Messschaltung 22 verbunden, die eine Energiequelle 24 und einen Messwiderstand Rm enthält. Die Energiequelle 24 umfasst einen Kondensator C1 und einen parallel zum Kondensator C1 angeordneten Varistor ZPD. Die Energiequelle 24, der Messwiderstand Rm, die Sekundärwicklung 14 und die Funkenstrecke der Zündkerze 10 sind in Reihe geschaltet und bilden über die Fahrzeugmasse einen geschlossenen Stromkreis.Depending on the drive signal, the IGBT power transistor connects the second terminal of the primary winding 12 with the crowd. A first connection of the secondary winding 14 is with the high voltage electrode of the spark plug 10 connected. Another electrode of the spark plug 10 is connected to the vehicle mass. The two electrodes are arranged at a distance from each other and form a spark gap, via which with the aid of the ignition transformer 20 generated high voltage an arc is generated. The second connection of the secondary winding 14 is with a measuring circuit 22 connected, which is an energy source 24 and a measuring resistor Rm. The energy source 24 comprises a capacitor C1 and a varistor ZPD arranged parallel to the capacitor C1. The energy source 24 , the measuring resistor Rm, the secondary winding 14 and the spark gap of the spark plug 10 are connected in series and form a closed circuit over the vehicle ground.

Die Steuereinheit 18 erzeugt ein Ansteuersignal, durch das der IGBT-Leistungstransistor den zweiten Anschluss der Primärwicklung 12 mit Masse ver bindet, so dass ein geschlossener Stromkreis gebildet wird, durch den die Batteriespannung Ubatt an der Primärwicklung 12 anliegt. Dadurch fließt ein Primärstrom durch die Primärwicklung 12. Dieser Primärstrom erzeugt ein Magnetfeld, durch das ein magnetischer Fluss erzeugt wird. Beim Aufbau des Magnetfeldes nach dem Fließen des Primärstromes ändert sich der durch das Magnetfeld bewirkte magnetische Fluss. Die Änderung des magnetischen Flusses induziert eine Spannung in der Sekundärwicklung 14. Diese induzierte Spannung liegt an den Elektroden der Zündkerze 10 an. Sofern die induzierte Spannung klein genug ist, d.h. solange die induzierte Spannung nicht die erforderliche Durchbruchsspannung der Zündkerze 10 erreicht hat, wird kein Zündfunke erzeugt. Durch die eingesetzte Diode D1 wird jedoch verhindert, dass die in der Sekundärwicklung 14 induzierte Spannung überhaupt an den Elektroden der Zündkerze 10 anliegt, wodurch ein Zündfunke beim Zuschalten der Primärwicklung 12 unabhängig von der Höhe der induzierten Spannung sicher verhindert wird.The control unit 18 generates a drive signal through which the IGBT power transistor connects the second terminal of the primary winding 12 ver binds to ground, so that a closed circuit is formed by the battery voltage Ubatt to the primary winding 12 is applied. As a result, a primary current flows through the primary winding 12 , This primary current creates a magnetic field through which a magnetic flux is generated. When the magnetic field builds up after the primary current flows, the magnetic flux caused by the magnetic field changes. The change in the magnetic flux induces a voltage in the secondary winding 14 , This induced voltage is applied to the electrodes of the spark plug 10 at. Provided that the induced voltage is small enough, ie as long as the induced voltage does not meet the required breakdown voltage of the spark plug 10 has reached, no spark is generated. By inserted diode D1 is prevented, however, that in the secondary winding 14 induced voltage at all at the electrodes of the spark plug 10 is applied, causing a spark when switching on the primary winding 12 regardless of the magnitude of the induced voltage si is prevented.

Zum Erzeugen des Zündfunkens steuert die Steuereinheit 18 den IGBT-Leistungstransistor derart an, dass dieser die Verbindung zwischen der Masse und der Primärwicklung 12 trennt. Aufgrund der Trennung wird der durch die Primärwicklung 12 fließende Primärstrom abrupt unterbrochen, wodurch das durch den Primärstrom bewirkte Magnetfeld zusammenbricht. Der magnetische Fluss im magnetischen Kreis des Zündtransformators 20 wird dadurch schnell relativ stark geändert. Diese Änderung des magnetischen Flusses bewirkt die Induktion einer Hochspannung in der Sekundärwicklung 14, wodurch die zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 anliegende Spannung die Durchbruchsspannung der Zündkerze 10 übersteigt und eine Hochspannungsentladung bewirkt.The control unit controls to generate the spark 18 the IGBT power transistor such that this the connection between the ground and the primary winding 12 separates. Due to the separation, the through the primary winding 12 flowing primary current abruptly interrupted, whereby the magnetic field caused by the primary current collapses. The magnetic flux in the magnetic circuit of the ignition transformer 20 is thereby changed relatively quickly. This change in the magnetic flux causes the induction of a high voltage in the secondary winding 14 , causing the between the electrodes of the spark plug 10 applied voltage the breakdown voltage of the spark plug 10 exceeds and causes a high voltage discharge.

Durch die sekundärseitig induzierte Hochspannung wird auch der Kondensator C1 der Energiequelle 24 aufgeladen, wobei der Spannungsabfall über den Varistor ZPD die Ladespannung des Kondensators C1 bestimmt. Ferner beeinträchtigt der Messwiderstand Rm und der Varistor ZPD den Stromfluss im Sekundärstromkreis während des Anliegens der Hochspannung, wodurch die zum Erzeugen des Lichtbogens zur Verfügung stehende Energie im Sekundärstromkreis erheblich verringert ist.By the secondary side induced high voltage and the capacitor C1 of the power source 24 charged, wherein the voltage drop across the varistor ZPD determines the charging voltage of the capacitor C1. Furthermore, the measuring resistor Rm and the varistor ZPD affect the current flow in the secondary circuit during the application of the high voltage, whereby the energy available for generating the arc in the secondary circuit is considerably reduced.

Nach dem Abriss des Lichtbogens zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 speist die Energiequelle 24 den Sekundärstromkreis, wodurch ein Strom durch die Sekundärwicklung 14 über die Elektroden der Zündkerze 10, die Masseverbindung des Kraftfahrzeugs und den Messwiderstand Rm fließt. Mit Hilfe des dabei über den Messwiderstand Rm erzeugten Spannungsabfalls kann ein zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 vorhandener Ionenstrom erfasst werden. Der Sekundärstromkreis dient dabei als Messstromkreis. In diesem Messstromkreis ist die Sekundärwicklung 14 des Transformators 20 in Reihe zum Messwiderstand Rm und zur Funkenstrecke der Zündkerze 10 angeordnet. Durch die Induktivität der Sekundärwicklung 14 werden kurzzeitige, d.h. relativ hochfrequente, Schwankungen der zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 vorhandenen Ladungsträger, insbesondere des Ionenstroms, nicht am Messwiderstand Rm wirksam. Die Sekundärwicklung 14 dient somit als Tiefpassfilter, wodurch nur ein relativ schmalbandiges Signal des Ionenstroms zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 zur Verfügung steht. Das Signal bildet somit nur niederfrequente Änderungen des Ionenstroms ab.After the demolition of the arc between the electrodes of the spark plug 10 feeds the energy source 24 the secondary circuit, creating a current through the secondary winding 14 over the electrodes of the spark plug 10 , the ground connection of the motor vehicle and the measuring resistor Rm flows. With the aid of the voltage drop generated thereby via the measuring resistor Rm, a between the electrodes of the spark plug 10 existing ion current can be detected. The secondary circuit serves as a measuring circuit. In this measuring circuit is the secondary winding 14 of the transformer 20 in series with the measuring resistor Rm and the spark gap of the spark plug 10 arranged. Due to the inductance of the secondary winding 14 are short-term, ie relatively high-frequency, fluctuations between the electrodes of the spark plug 10 existing charge carriers, in particular the ion current, not effective on the measuring resistor Rm. The secondary winding 14 thus serves as a low-pass filter, whereby only a relatively narrow-band signal of the ion current between the electrodes of the spark plug 10 is available. The signal thus only reflects low-frequency changes in the ion current.

In 2 ist ein Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Die primärseitige Beschaltung des Transformators 20 stimmt mit der in 1 gezeigten Beschaltung überein. Der Sekundärstromkreis, d.h. der Hochspannungsstromkreis, hat drei parallele Strompfade, wobei im ersten Strompfad die Sekundärwicklung 14 des Transformators 20 und im zweiten Strompfad die Energiequelle 24 sowie die durch die Elektroden der Zündkerze 10 gebildete Funkenstrecke angeordnet sind. Im dritten Strompfad ist ein aus drei Widerständen R1, R2 und Rm gebildeter Spannungsteiler angeordnet. Der Eisenkern 13 des Zündtransformators 20 wird als elektrischer Leiter zum Verbinden der Widerstände R1 und R2 genutzt. Der Eisenkern 13 bildet somit einen Abschnitt des dritten Strompfades. Ferner ist im ersten Strompfad eine Diode D1 in Reihe zur Sekundärwicklung 14 angeordnet, die einen Stromfluss durch den bereits in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Einschaltimpuls verhindert.In 2 a circuit diagram of a circuit arrangement according to a first embodiment of the invention is shown. Like elements have the same reference numerals. The primary-side wiring of the transformer 20 agrees with the in 1 shown wiring. The secondary circuit, ie the high voltage circuit, has three parallel current paths, with the secondary winding in the first current path 14 of the transformer 20 and in the second current path the energy source 24 as well as through the electrodes of the spark plug 10 formed spark gap are arranged. In the third current path, a voltage divider formed from three resistors R1, R2 and Rm is arranged. The iron core 13 of the ignition transformer 20 is used as an electrical conductor for connecting the resistors R1 and R2. The iron core 13 thus forms a section of the third current path. Further, in the first current path, a diode D1 is in series with the secondary winding 14 arranged, which has a current flow through the already associated with 1 described switch-on prevents.

Ferner verhindert die Diode D1 einen Stromfluss durch den ersten Pfad, wenn mit Hilfe der Energiequelle 24 eine Messspannung in einem aus der durch die Elektroden der Zündkerze 10 gebildeten Funkenstrecke und den aus den Widerständen R1, R2 und Rm gebildeten Spannungsteiler erzeugten Messstromkreis angelegt wird. Der Messstromkreis wird somit mit Hilfe der Diode D1 von der Sekundärwicklung 14 entkoppelt, so dass die Sekundärwicklung 14 im Unterschied zu der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung nicht als Tiefpassfilter wirkt.Further, the diode D1 prevents current flow through the first path when using the power source 24 a measuring voltage in one of the through the electrodes of the spark plug 10 formed spark gap and the voltage divider formed from the resistors R1, R2 and Rm generated measuring circuit is applied. The measuring circuit is thus by means of the diode D1 from the secondary winding 14 decoupled, leaving the secondary winding 14 unlike in 1 shown circuit arrangement does not act as a low-pass filter.

Durch den aus dem Widerstand R1 und dem Gesamtwiderstand aus den Widerständen R2 und Rm gebildeten Spannungsteiler wird das Potential des Eisenkerns 13 des Transformators 20 während des Anliegens der Hochspannung im Sekundärstromkreis eingestellt. Die Summe der Widerstände R1, R2 und Rm sollte ≥ 1 Megaohm betragen, um den Stromfluss über diesen dritten Strompfad zu reduzieren und so der Zündkerze 10 ausreichend Energie zum Erzeugen des Lichtbogens zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise liegt der Widerstandswert der Summe der Widerstände R1, R2 und Rm im Bereich zwischen 10 und 100 Megaohm, wobei der Widerstandwert des Widerstands R1 auch 0 Ohm betragen kann, wie nachfolgend im Zusammenhang mit 3 erläutert. Mit Hilfe des aus den Widerständen R1 und dem Gesamtwiderstand der Widerstände R2 und Rm gebildeten Spannungsteilers kann das Potential des Eisenkerns 13 einfach eingestellt werden. Beispielsweise können die Widerstände R1 und der Gesamtwiderstand aus den Widerständen R2 und Rm gleich groß gewählt werden, so dass der Eisenkern 13 etwa ein Hochspannungspotential hat, was einem schwebenden Kern beim Stand der Technik entspricht.The voltage divider formed by the resistor R1 and the total resistance of the resistors R2 and Rm becomes the potential of the iron core 13 of the transformer 20 set during the application of the high voltage in the secondary circuit. The sum of the resistors R1, R2 and Rm should be ≥ 1 megohm to reduce the current flow through this third current path and thus the spark plug 10 to provide enough energy to generate the arc. Preferably, the resistance of the sum of the resistors R1, R2 and Rm is in the range of 10 to 100 megohms, and the resistance of the resistor R1 may be 0 ohms, as hereinafter 3 explained. With the help of the voltage divider formed from the resistors R1 and the total resistance of the resistors R2 and Rm, the potential of the iron core 13 easy to set. For example, the resistors R1 and the total resistance of the resistors R2 and Rm can be made the same size, so that the iron core 13 about a high voltage potential, which corresponds to a floating core in the prior art.

Insbesondere kann bei Stabtransformatoren, die direkt auf die in einen Zylinderkopf eines Kraftfahrzeugs eingeschraubte Zündkerze gesteckt werden, das Messsignal über den als elektrischer Leiter dienenden Eisenkern 13 einfach von einem Ende des Eisenkerns 13 zum anderen Ende des Eisenkerns 13 geleitet werden, wodurch ein einfacher konstruktiver Aufbau des Stabtransformators möglich ist, ohne dass zusätzliche Signalleitungen zum Leiten des Messsignals von einem Ende des Stabtransformators zum anderen Ende erforderlich sind.In particular, in the case of rod transformers which are plugged directly onto the spark plug screwed into a cylinder head of a motor vehicle, the measuring signal can be transmitted via the iron core serving as an electrical conductor 13 just from one end of the iron core 13 to the other end of the iron core 13 be guided, whereby a simple structural design of the rod transformer is possible without additional signal lines for conducting the measurement signal from one end of the rod transformer to the other end are required.

In 3 ist eine Schaltungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die ähnlich der Schaltungsanordnung nach 2 ist. Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung entfällt bei der Schaltungsanordnung nach 3 der Widerstand R1, so dass der Eisenkern 13 im Wesentlichen das von der Sekundärwicklung 14 erzeugte Hochspannungspotential hat. Konkret hat der Eisenkern 13 während eines Zündvorgangs ein Potential, das gegenüber dem Hochspannungspotential der Sekundärwicklung 14 um den Spannungsabfall der Diode D1, d.h. um 0,7 Volt, verringert ist. Während des Messvorgangs, d.h. im Anschluss an den Zündvorgang, hat der Eisenkern 13 dann das Potential der durch die Energiequelle 24 erzeugten Messspannung. Wie bereits erwähnt, wird der Einschaltimpuls durch die Diode D1 im Sekundärstromkreis gesperrt, so dass die durch den Einschaltimpuls in der Sekundärspule 14 erzeugte Spannung nicht am Eisenkern 13 des Transformators 20 anliegt. Ferner dient die Diode D1 als Entkopplungsmittels zum Entkoppeln des aus Zündkerze 10, Spannungsquelle 24, und den Widerständen R2 und Rm bzw. R1, R2 und Rm bestehenden Messkreis von der Sekundärwicklung 14 während eines durch die Spannungsquelle 24 bewirkten Stromflusses im Messkreis. Durch die Diode D1 wird somit verhindert, dass beim Speisen des Messkreises mit der Messspannung ein Strom durch die Sekundärwicklung 14 fließt.In 3 a circuit arrangement according to a second embodiment of the invention is shown, which is similar to the circuit arrangement according to 2 is. Unlike the in 2 shown circuit arrangement omitted in the circuit arrangement 3 the resistor R1, leaving the iron core 13 essentially that of the secondary winding 14 has generated high voltage potential. Specifically, the iron core has 13 During ignition, a potential opposite to the high voltage potential of the secondary winding 14 by the voltage drop of the diode D1, that is reduced by 0.7 volts. During the measuring process, ie after the ignition, the iron core has 13 then the potential of the energy source 24 generated measuring voltage. As already mentioned, the turn-on pulse is blocked by the diode D1 in the secondary circuit, so that by the turn-on in the secondary coil 14 voltage generated not at the iron core 13 of the transformer 20 is applied. Further, the diode D1 serves as a decoupling means for decoupling the spark plug 10 , Voltage source 24 , and the resistors R2 and Rm and R1, R2 and Rm existing measuring circuit from the secondary winding 14 while passing through the voltage source 24 caused current flow in the measuring circuit. By the diode D1 is thus prevented when feeding the measuring circuit with the measuring voltage, a current through the secondary winding 14 flows.

Das Messsignal wird vorzugsweise über einen Pfad parallel zur Sekundärwicklung 14 geleitet. Die Widerstandswerte des aus den Widerständen R1 und dem Gesamtwiderstand aus den Widerständen R2 und Rm gebildeten Spannungsteilers sollten so groß gewählt werden, dass die kapazitive Kopplung des Eisenkerns 13 erhalten bleibt. Alternativ zu den Widerständen R1 oder R2 kann auch ein als Widerstand dienender Spulenkörper oder eine Beschichtung des Eisenkerns 13 oder eines Bereichs des Eisenkerns 13 mit einem Widerstandmaterial, d.h. mit einer resistiven Beschichtung, verwendet werden, wodurch weitere konstruktive Vorteile erreicht werden.The measurement signal is preferably via a path parallel to the secondary winding 14 directed. The resistance values of the voltage divider formed from the resistors R1 and the total resistance from the resistors R2 and Rm should be chosen so large that the capacitive coupling of the iron core 13 preserved. As an alternative to the resistors R1 or R2, it is also possible to use a coil body serving as a resistor or a coating of the iron core 13 or a region of the iron core 13 be used with a resistive material, ie with a resistive coating, whereby further structural advantages can be achieved.

Mit Hilfe der in den 2 und 3 dargestellten Schaltungsanordnungen ist es möglich, Zündtransformatoren 20 mit Funkenenergien von > 35 mJ einzusetzen und dennoch Ionenströme und andere hochfrequente Signalanteile hochspan nungsseitig zu messen. Eine Klopferkennung beim Auftreten von explosionsartigen Verbrennungen, die für die mechanische Bewegung des Kolbens zu schnell ist, kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen auch mit herkömmlichen Zündtransformatoren, insbesondere mit Stabzündtransformatoren, automatisch ermittelt werden. Auch mit diesen herkömmlichen Zündtransformatoren wird trotzt der Messschaltung über den gesamten Drehzahl-Last-Bereich des Verbrennungsmotors eine ausreichende Funkenenergie bereitgestellt. Zum Erzeugen der Messspannung mit Hilfe der Energiequelle 24 wird zum Laden des Kondensators C1 der Energiequelle 24 dem Sekundärkreis nur relativ wenig Energie entzogen.With the help of in the 2 and 3 Circuit arrangements shown, it is possible ignition transformers 20 with spark energies of> 35 mJ and yet to measure ion currents and other high-frequency signal components on the high voltage side. A knock detection in the occurrence of explosive burns, which is too fast for the mechanical movement of the piston, can be determined automatically with the aid of the circuit arrangements according to the invention with conventional ignition transformers, in particular with Stabzündtransformatoren. Even with these conventional ignition transformers, despite the measuring circuit, sufficient spark energy is provided over the entire speed-load range of the internal combustion engine. For generating the measuring voltage with the aid of the energy source 24 will charge the capacitor C1 of the power source 24 the secondary circuit withdrawn relatively little energy.

Die sekundärseitige Hochspannung wird im dritten Zweig direkt über den ohmschen Spannungsteiler R1, R2, Rm bzw. R2, Rm gemessen. Somit ist die Induktivität der Sekundärspule 14 nicht im Messzweig und wirkt dadurch nicht als Tiefpassfilter. Die messbaren Frequenzanteile der Zündkerzenspannung, die mit Hilfe des Spannungsabfalls über den Messwiderstand Rm erfasst werden können, sind lediglich durch die kapazitive Ankopplung des Eisenkerns 13 des Zündtransformators 20 und durch die Widerstände des Spannungsteilers R1, R2, Rm bzw. R2, Rm beschränkt. Dadurch ist die Bandbreite des gemessenen Signals im Wesentlichen auch nur durch die kapazitive Ankopplung des Eisenkerns 13 des Zündtransformators 20 und durch die Widerstände des Spannungsteilers R1, R2, Rm bzw. R2, Rm beschränkt,The secondary-side high voltage is measured in the third branch directly via the ohmic voltage divider R1, R2, Rm or R2, Rm. Thus, the inductance of the secondary coil 14 not in the measuring branch and thus does not act as a low-pass filter. The measurable frequency components of the spark plug voltage, which can be detected by means of the voltage drop across the measuring resistor Rm, are only due to the capacitive coupling of the iron core 13 of the ignition transformer 20 and limited by the resistors of the voltage divider R1, R2, Rm and R2, Rm. As a result, the bandwidth of the measured signal is essentially only due to the capacitive coupling of the iron core 13 of the ignition transformer 20 and limited by the resistors of the voltage divider R1, R2, Rm and R2, Rm,

Die in den 2 und 3 gezeigten Schaltungsanordnungen dienen als Messschaltungen, durch die die Verläufe der zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 anliegenden Kerzenspannung präzise erfasst werden. Dadurch kann sowohl die Brenndauer, die Brennspannung, die Durchbruchsspannung und der Anstieg der Kerzenspannung vor dem Funkenüberschlag, d.h. vor dem Lichtbogen, zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 exakt erfasst werden.The in the 2 and 3 Circuit arrangements shown serve as measuring circuits, through which the courses of the between the electrodes of the spark plug 10 adjacent candle voltage can be detected precisely. As a result, both the burning time, the burning voltage, the breakdown voltage and the rise in the spark plug voltage before the flashover, ie before the arc, between the electrodes of the spark plug 10 be detected exactly.

In 4 ist ein Stromlaufplan einer weiteren Ausführungsform einer Ansteuerung einer Auswerteschaltung dargestellt. Im Unterschied zu den Anordnungen nach 2 und 3 ist im ersten Strompfad ein Varistor VAR1 angeordnet, der einen zu sätzlichen Spannungsabfall im ersten Strompfad bewirkt. Dieser Spannungsabfall bewirkt dann eine Verringerung der der Zündkerze 10 zur Verfügung stehenden Zündenergie. Ferner muss das Messsignal über den Messwiderstand Rm oder das nach dem Varistor VDR1 anliegende Hochspannungspotential insbesondere bei Stabtransformatoren relativ aufwendig zu einem Anschlussbereich des Stabtransformators geführt werden.In 4 is a circuit diagram of another embodiment of a control of an evaluation circuit shown. Unlike the arrangements after 2 and 3 is arranged in the first current path, a varistor VAR1, which causes an additional voltage drop in the first current path. This voltage drop then causes a reduction in the spark plug 10 available ignition energy. Furthermore, the measuring signal via the measuring resistor Rm or the high voltage potential applied to the varistor VDR1, in particular in the case of bar transformers, has to be guided relatively costly to a connection region of the bar transformer.

Obgleich in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele aufgezeigt und detailliert beschrieben worden sind, sollte sie lediglich als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend angesehen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben sind und sämtliche Veränderungen und Modifizierungen, die derzeit und künftig im Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden sollen.Although in the drawings and in the foregoing description preferred Ausfüh Examples have been shown and described in detail, it should be regarded as purely exemplary and the invention is not limiting. It should be understood that only the preferred embodiments are shown and described and all changes and modifications that are presently and in the future within the scope of the invention should be protected.

1010: Zündkerzespark plug
1212: Primärwicklungprimary
1313: Eisenkerniron core
1414: Sekundärwicklungsecondary winding
1616: Batteriebattery
1818: Steuereinheitcontrol unit
2020: Transformatortransformer
2222: Messschaltungmeasuring circuit
2424: Energiequelle/SpannungsquelleEnergy / voltage source
IGBTIGBT: Leistungstransistorpower transistor
RzMarch: Vorwiderstanddropping resistor
UbattU_batt: Batteriespannungbattery voltage
C1C1: Kondensatorcapacitor
ZPD, ZPD1, ZPD3ZPD, ZPD1, ZPD3: Varistorvaristor
R1, R2R1, R2: Widerstandresistance
Rmrm: Messwiderstandmeasuring resistor
D1D1: Diodediode

Claims

Arrangement for high-voltage side detection of a broadband measurement signal, in particular a signal corresponding to the ion current between the electrodes of a spark plug of an internal combustion engine, with three parallel current paths, wherein in the first current path at least the secondary winding ( 14 ) of an ignition transformer ( 20 ) is arranged, wherein in the second current path at least formed by at least two electrodes spark gap of the spark plug ( 10 ), wherein in the third current path at least one measuring resistor (Rm) is arranged, and wherein the ends of the third current path directly and / or via a diode (D1) each having a terminal of the secondary winding ( 14 ) of the ignition transformer ( 20 ) are connected.

Arrangement according to claim 1, characterized in that at least in a region between a terminal of the secondary winding ( 14 ) and the measuring resistor (Rm) at least a portion of a transformer core ( 13 ) of the ignition transformer ( 20 ) serves as an electrical conductor, wherein the transformer core ( 13 ) is preferably an iron core.

Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that between the terminals of the secondary winding ( 14 ) and the ends of the third current path no variable resistor is arranged.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage drop across the measuring resistor (Rm) as a signal for detecting the ion current between the electrodes of the spark plug ( 10 ), and that preferably an evaluation circuit for detecting the voltage drop across the measuring resistor (Rm) is provided.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an energy source ( 24 ) is provided for generating the energy required to detect the broadband measurement signal.

Arrangement according to claim 5, characterized in that the energy source ( 24 ) in the second or in the third current path, preferably in the second current path in series with that through the electrodes of the spark plug ( 10 ) formed spark gap is arranged.

Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the energy source ( 24 ) has a capacitor (C1), which preferably during the period of application of the high voltage to the electrodes of the spark plug ( 10 ) is charged with.

Arrangement according to claim 7, characterized parallel to the capacitor (C1) a component (ZPD) for limiting the Charging voltage of the capacitor (C1) is provided, this Component (ZPD) is preferably a varistor.

Arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the capacitor (C1) in series with the spark gap of the spark plug ( 10 ) is arranged.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the first current path a diode (D1) in series with the secondary winding ( 14 ) for preventing a current flow through the secondary winding ( 14 ) during the detection of the broadband measurement signal and / or the ion current between the electrodes of the spark plug ( 10 ) is arranged corresponding signal.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that arranged in the third current path at least one second resistor (R1, R2) in series with the measuring resistor (Rm) is that forms a voltage divider together with the measuring resistor.

Arrangement according to claim 11, characterized in that the measuring resistor (Rm) and the second resistor via the transformer core ( 13 ) of the ignition transformer ( 20 ) are electrically connected to each other.

Arrangement according to claim 11, characterized in that the second resistor (R1) and a high voltage terminal of the secondary winding ( 14 ) over the transformer core ( 13 ) of the ignition transformer ( 20 ) are electrically connected together.

Arrangement according to claim 11, characterized in that in the third current path at least one third resistor (R1) is arranged in series with the second resistor (R2) and the measuring resistor (Rm), the second resistor (R2) and the third resistor (R1) over the transformer core ( 13 ) of the ignition transformer ( 20 ) are electrically connected together.

Arrangement according to claim 14, characterized in that the third resistor (R1) between a first terminal of the secondary winding ( 14 ) and the transformer core ( 13 ) of the ignition transformer ( 20 ) and that the measuring resistor (Rm) and second resistor (R2) between the transformer core () 13 ) of the ignition transformer ( 20 ) and the second terminal of the secondary winding ( 14 ), wherein preferably the second terminal of the secondary winding ( 14 ) is connected to a reference potential.

Arrangement according to claim 15, characterized in that the third resistor and the total resistance of the second resistor (R2) and the measuring resistor (Rm) forms a voltage divider, by which the potential of the transformer core ( 13 ) of the ignition transformer ( 20 ).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second resistor (R2) and / or the third resistor (R1) and / or the measuring resistor (Rm) by means of a resistive coating on the lateral surface of the iron core ( 13 ) is formed.

Arrangement for high-voltage side detection of a broadband measurement signal, in particular a signal corresponding to the ion current between the electrodes of a spark plug of an internal combustion engine, with three parallel current paths, wherein in the first current path at least the secondary winding ( 14 ) of an ignition transformer ( 20 ) is arranged, wherein in the second current path at least formed by at least two electrodes spark gap of the spark plug ( 10 ), wherein in the third current path at least one measuring resistor (Rm) is arranged, and wherein at least in a region between a terminal of the secondary winding ( 14 ) and the measuring resistor (Rm) at least a portion of a transformer core ( 13 ) of the ignition transformer ( 20 ) serves as an electrical conductor.