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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Motoren mit homogener
Kompressionszündung
(HCCI) und insbesondere Schaltungen zum Regeln des Betriebs von
HCCI-Motoren.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Bei
einem HCCI-Motor werden Kraftstoff und Oxidator ähnlich wie bei einem Vergasermotor
(Ottomotor) vermischt. Im Gegensatz zum Motor mit homogener Kompressionszündung, der
eine elektrische Entladung verwendet, um einen Teil der Kraftstoff/Oxidator-Mischung
zu entzünden,
beruht ein HCCI-Motor auf einer spontanen Reaktion, wenn Dichte
und Temperatur der Mischung durch Kompression angehoben werden,
bis die gesamte Mischung spontan reagiert. Dies ist ähnlich wie
ein Schichtladungsmotor (Dieselmotor), der auch auf einem sich aus
der Kompression ergebenden Anstieg von Temperatur und Dichte beruht.
Statt jedoch wie beim HCCI-Motor spontan zu sein, erfolgt die Verbrennung
bei einem Dieselmotor an der Grenze der Kraftstoff/Luft-Mischung
und wird durch ein Einspritzereignis hervorgerufen; es ist die Einführung von Kraftstoff
in den bereits verdichteten Oxidator, welche die Verbrennung auslöst.
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Sowohl
bei Motoren mit homogener Ladungsfremdentzündung als auch bei Motoren
mit Schichtladung (HCSI) beginnt die Verbrennung an einer (oder
eventuell einigen) Stellen und breitet sich durch die Kraftstoff/Luft-Mischung
aus. Beim Ottomotor beginnt die Flamme an einem elektrischen Entladungspunkt
und breitet sich durch eine vorgemischte homogene Ladung aus Luft
und Kraftstoff aus. Beim Diesel-(SCCI)Motor beginnt die Flamme in
der Nähe eines
oder mehrerer Einspritzpunkte über
eine Selbstzündung
und verbreitet sich durch eine heterogene Mischung an der beweglichen
Grenze der Kraftstoff/Luft-Mischung. Unter HCCI-Bedingungen wird eine
homogene Mischung aus Kraftstoff, Luft und Restgasen aus vorhergehenden
Zyklen verdichtet, bis es zu einer Selbstentzündung kommt. Die Verbrennung
beginnt im Wesentlichen gleichzeitig an mehreren Stellen in der
ganzen Verbrennungskammer und es gibt keine erkennbare Flammenausbreitung.
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HCCI-Motoren
haben mehrere Vorteile: Kohlenwasserstoff- und CO-Emissionen wie bei Ottomotoren,
Leistungsvermögen
wie bei Dieselmotoren und Stickstoffoxid-(NOx)Emissionen, die wesentlich besser
sind als bei Otto- oder Dieselmotoren. HCCI-Motoren produzieren
keine Rußpartikel
und können
mit Benzin, Diesel-Kraftstoff
und vielen alternativen Kraftstoffen funktionieren.
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Ein
herausragender Aspekt der HCCI-Motoren ist, dass die Kraftstoff/Luft-Mischung
nahezu gleichzeitig verbrennt, weil die Zündung an mehreren Stellen im
Zylinder auf einmal beginnt. Ohne direkten Verbrennungsauslöser ist
der HCCI-Vorgang definitionsgemäß nicht
leicht zu regeln. Um einen dynamischen Betrieb in einem HCCI-Motor zu ermöglichen, ändert das
Regelsystem die Voraussetzungen, die zur Verbrennung führen. Somit
gehören
zu den wichtigen Parametern, die der Motor zu regeln hat, folgende:
Verdichtungsverhältnis,
Temperatur des eingeführten
Gases, Druck des eingeführten
Gases, Kraftstoff/Luft-Verhältnis,
Menge der zurückgehaltenen oder
wiedereingeführten
Abgase und Mischung der Kraftstoffarten.
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Ein
weiterer herausragender Aspekt der HCCI-Motoren ist, dass sie einen
schmalen Leistungsbereich aufweisen, weil die spontane Zündung ungefähr an einen
einzigen bestimmten Arbeitspunkt erfolgt. Ein Motor mit einem einzigen
Arbeitspunkt ist in einem Hybridfahrzeug sicherlich von Nutzen.
Andererseits benötigen
die meisten Anwendungen, dass ein Motor seine Leistungsabgabe modulieren
kann, um Schwankungen der Nachfrage durch einen Bediener gerecht
zu werden. Im Hochlastbetrieb kann der Motor umgeschaltet werden,
um in einer Vergaser-(SI)Betriebsart zu funktionieren, wobei der
HCCI-Betrieb für
einen Mittellastbetrieb belassen wird.
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Aufgrund
der verschiedenen Eigenschaften der HCCI- und SI-Verbrennungen sind
die innermotorischen Ionisationssignale recht unterschiedlich, sowohl
in Amplitude als auch in Form. Die Amplituden des Ionisationssignals
während
der HCCI-Verbrennung ist aufgrund der verschiedenen Verbrennungseigenschaften
(oben zusammengefasst) typischerweise um mehr als zehnmal geringer
als während
der SI-Verbrennung. Daher ist es sehr schwierig (nahezu unmöglich),
einen Ionisationsstrom während
der HCCI-Verbrennungsbetriebsart
unter Verwendung einer Ionisationserfassungsschaltung, die ursprünglich nur für ein Umfeld
mit SI-Verbrennung ausgelegt wurde, zu erfassen.
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Benötigt wird
eine Vorrichtung zur wirksamen Erfassung von Ionisationssignalen
in einem Motor, der sowohl in einer HCCI-Betriebsart als auch in einer SI-Betriebsart
funktioniert.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung eine Schaltung mit
zweifacher Verstärkung
und eine Schaltung mit zweifacher Vorspannung bereit, um ein Ionisationssignal
zu erfassen unter Verwendung der Nennverstärkung und der Nennvorspannung,
wenn der Motor in der SI-Verbrennungsbetriebsart betrieben wird,
und unter Verwendung einer hohen Verstärkung und Vorspannung für die HCCI-Verbrennungsbetriebsart.
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Nach
einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein erfasstes Ionisationssignal
mit einer wählbaren
Verstärkung
verstärkt,
die durch einen Regelungseingang geregelt wird.
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Nach
einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Ionisationserfassungsvorspannung auf
der Basis eines Regelungseingangs wählbar, um die Erfassbarkeit
der Ionisation während
des HCCI-Betriebs eines Verbrennungsmotors zu verbessern.
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Nach
noch einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung reagiert eine einzelne
Schaltung zum Betreiben eines Ionisationsdetektors auf einen Regelungseingang,
um ihre Vorspannung und ihre Verstärkung zu ändern, um wahlweise eine wirksame
Erfassung der Ionisation für
zwei unterschiedliche Betriebsarten eines Verbrennungsmotors zu
ermöglichen.
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Nach
den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erfasst eine Schaltung mit zweifacher Verstärkung ein
Ionisationssignal unter Verwendung einer Nennverstärkung, wenn
der Motor in der SI-Verbrennungsbetriebsart funktioniert, und unter Verwendung
einer hohen Verstärkung
für die
HCCI-Verbrennungsbetriebsart.
Ein Vorteil dieser Ionisationssignal-Erfassungsschaltung ist es, dass sie für die Erfassung
eines Ionisationssignals sowohl in der HCCI- als auch in der SI-Betriebsart ohne
zusätzliche
Erkennungselemente nützlich
ist.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann aus der ausführlichen
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform hervorgehen. Die
Zeichnungen, welche der ausführlichen
Beschreibung beiliegen, werden nachstehend beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 ein
typisches Ionisationssignal und sein entsprechendes innermotorisches
Drucksignal in einer SI-Verbrennungsbetriebsart.
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2 ein
typisches Ionisationssignal zusammen mit seinem entsprechenden innermotorischen Drucksignal
und einer Wärmeabgaberate
in einer HCCI-Verbrennungsbetriebsart.
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3 Arbeitsbereiche
für SI-
und HCCI-Verbrennung als Zylinderdruck gegenüber der Drehfrequenz.
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4 eine
herkömmliche
Systemarchitektur zur Ionisationserfassung.
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5 drei
Bereiche einer typischen Ionisationssignal-Wellenform.
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6 eine
Systemarchitektur zur Ionisationserfassung mit variabler Verstärkung gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 eine
zweifache Vorspannungsversorgung, die zum Praxiseinsatz gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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8 eine
Schaltungsausführung
eines Verstärkers
mit zweifacher Verstärkung
zur Verwendung bei den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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9 eine
Systemarchitektur zur Ionisationserfassung mit variabler Verstärkung gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ein
Ionisationserfassungssystem verwendet eine Zündkerze als Sensor, um einen
innermotorischen Verbrennungsvorgang zu beobachten. Zwischen dem
Mittelpunkt der Zündkerze
und den Masseelektroden wird eine Vorspannung angelegt und die Stromführung über den
Elektrodenabstand steigt monoton mit dem im Zylinder vorliegenden
Ionisationsbetrag an. Wenn der Motor in der SI-Betriebsart betrieben wird, beginnt
die Flamme am Elektrodenabstand und entfernt sich nach und nach,
und das Ionisationssignal kann ausführlichere Informationen über die
innermotorische Verbrennung aufweisen als ein innermotorisches Drucksignal.
Wenn die Last des SI-Motors hoch genug ist, ist das Ionisationssignal nützlich,
um die innermotorische Druckspitze zu finden.
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Mit
Bezug auf 1 wird ein typisches Ionisationssignal 110 für einen
Zwei-Liter-Vier-Zylinder-SI-Motor, der bei 1500 U/min mit einem
BMEP von 2,62 bar läuft,
zusammen mit dem entsprechenden innermotorischen Drucksignal 120 gezeigt.
Ein typisches Ionisationssignal für den Motor, der in der SI-Verbrennungsbetriebsart
läuft,
hat zwei Spitzen. Die erste Spitze 112 ist auf die ursprüngliche
Flammenkernentwicklung direkt nach dem Zündfunken zurückzuführen. Wenn
die Flammenfront die Zündkerze
verlässt,
reduziert sich die Amplitude des Ionisationssignals. Da der Druck
in dem Zylinder schnell ansteigt, wird die verbrannte Mischung um
den Elektrodenabstand herum wegen der hohen Temperatur, die sich
aus der Verbrennung ergibt, wieder ionisiert, was die zweite Spitze 114 erzeugt.
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Anders
als bei einem herkömmlichen
SI- oder Diesel-Motor findet die HCCI-Verbrennung spontan und homogen
ohne Flammenausbreitung statt. Wenn der Motor in einer HCCI-Verbrennungsbetriebsart
betrieben wird, stellt das erfasste Ionisationssignal durch den
Elektrodenabstand hindurch lokale Verbrennungsinformationen um den
Elektrodenabstand herum bereit.
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Mit
Bezug auf 2 wird ein typisches Ionisationssignal 210 zusammen
mit seinem entsprechenden innermotorischen Drucksignal 220 und
der Wärmeabgaberate 230 in
einer HCCI-Verbrennungsbetriebsart gezeigt. Das Ionisationssignal 210 für den in
der HCCI-Betriebsart laufenden Motor hat nur eine Spitze 212.
Diese Signalspitze 212 ist auf die spontane und homogene
HCCI-Verbrennung zurückzuführen. Die
Eigenschaften des Ionisationssignals liegen sehr nahe an der Kurve
der Wärmeabgaberate 230, die
aus einem innermotorischen Drucksignal 220 berechnet wird.
In der Tat sind die Spitzenpositionen 212, 232 sowohl
der Ionisation als auch der Wärmeabgaberate
fast gleich. Aufgrund des mageren Betriebs der HCCI-Verbrennung
ist die Amplitude des HCCI-Ionisationssignals (in der Größenordnung
von ein paar Dutzend Mikroampere) im Vergleich zum SI-Signal (in
der Größenordnung
von mehreren Hundert Mikroampere) relativ klein.
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Aufgrund
des geringen Verdichtungsverhältnisses
(CR) erzielen benzinbetriebene HCCI-Motoren dadurch Vorteile, dass
sie die Flexibilität
aufweisen, bei Hochlast auf eine SI-Betriebsart umzuschalten. Diese
Möglichkeit,
auf eine SI-Betriebsart zurückzugehen,
hebt die HCCI-Einschränkung
eines schmalen Arbeitsbereichs auf. Somit erweist sich ein Verbrennungsmotor
mit zweifacher HCCI/SI-Betriebsart als sehr praktisch.
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Mit
Bezug auf 3 zeigt eine Grafik des Zylinderdrucks
gegenüber
der Drehfrequenz die typischen Arbeitsbereiche der verschiedenen
Verbrennungsbetriebsarten in einem Ottomotor mit kombinierter HCCI/SI-Verbrennung.
Während
des Kaltstartbetriebs sollte sich eine geschichtete lokale fette Kraftstoff/Luft-Mischung
in der Nähe
der Zündkerze während des
Verdichtungstakts bilden und dann durch den Zündfunken entzündet werden.
Nach dem Warmlaufen geht der Motor in den HCCI-Verbrennungsbereich von geringer zu
mittlerer Last über,
um einen hohen thermischen Wirkungsgrad und eine sehr niedrige NOx-Emission
am Motorausgang aufzuweisen. Von der mittleren zur hohen Last läuft der Motor
mit einer SI-Verbrennung für
hohe Leistungsabgabe. Ein Ionisationserfassungssystem für diesen Motor
sollte die Möglichkeit
haben, ein Ionisationssignal sowohl für die SI- als auch für die HCCI-Verbrennungsbetriebsart
zu erfassen. Wenn man die breite Varianz der Ionisationssignalgröße zwischen
diesen beiden Betriebsarten in Betracht zieht, passt sich das Erfassungssystem
dynamisch an, um ein Ionisationssignal auf verschiedenen Signalpegeln
mit beständigem
Störabstand
zu erfassen. Dieses Erfassungssystem verwendet eine variable Vorspannung
und variable Verstärkungen,
um ein Ionisationssignal für einen
HCCI-Motor zu erfassen, der alternativ in den SI- und HCCI-Verbrennungsbetriebsarten
betrieben wird.
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Mit
Bezug auf 4 wird ein herkömmliches Ionisationserfassungssystem
gezeigt, das eine Zündspule
L, einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT)
Q, der die Zündspule
L an- und ausschaltet, eine Zündkerze
SP, eine Zener-Diode
D, deren Durchschlagspannung höher
als die Ionisationsvorspannung ist, und einen Schließstrom-Rückkopplungswiderstand R aufweist.
Die Funkenregelungsschaltung 410 regelt den IGBT Q basierend
auf einem Zündregelungseingangssignal 412 auf
sanft einschaltende Art und Weise. Die über den Schließstrom-Rückkopplungswiderstand
R entwickelte Spannung ist zum tatsächlichen Schließstrom proportional.
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Mit
Bezug auf 5 zeigt ein Wellenformdiagramm
drei Bereiche eines typischen Ionisationssignals 510 als
Ausgang gemäß einem
Erfassungssystem, wie es in 4 gezeigt
wird. Nach der absteigenden Flanke des Zündregelungseingangs 412 steigt
die Spannung über
den Elektrodenabstand SP plötzlich
an, löst
die Luft/Kraftstoff-Mischung auf und erzeugt einen Zündstrom
I2, der gegen Masse fließt. Daher
ist die Spannung über
die Zener-Diode D während
dieses Zeitraums negativ und der Ionisationsstromspiegel 420 stellt
aufgrund der an die Zener-Diode D angelegten Vorspannung einen gesättigten Strom
bereit. Nachdem der Zündfunken-(bzw. Zünd-)Strom
abgenommen hat, stellt die Stromspiegelschaltung 420 das
Verbrennungsionisationssignal bereit. Das Ionisationssignal 510 ist
in drei Bereiche unterteilt, wobei der erste Bereich 512 das
Schließstromsignal
ist, das von dem Stromrückkopplungswiderstand
R bereitgestellt wird, der zweite Bereich 514 das Funkendauersignal
ist, das von der Stromspiegelschaltung während des Funkenzeitraums bereitgestellt
wird, und der dritte Bereich 516 das Verbrennungsionisationssignal
ist, das von der Stromspiegelschaltung 420 bereitgestellt
wird. Eine Signalmischungsschaltung 430 schaltet den Ionisationsausgang
auf das Schließstromsignal
um, wenn die Zündregelung
aktiv ist, und schaltet auf das Zündfunken – und Ionisationssignal zurück, das
von der Stromspiegelschaltung 420 bereitgestellt wird.
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Mit
Bezug auf 6 wird eine Systemarchitektur
einer Ionisationserfassung mit variabler Verstärkung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Um ein innermotorisches Ionisationssignal
sowohl während
der SI- als auch der HCCI-Verbrennungsvorgänge zu erfassen, schlägt die vorliegende
Erfindung vor, verschiedene Ionisationsvorspannungen und Verstärkungen
in verschiedenen Betriebsarten zu verwenden. Im Gegensatz zu der
herkömmlichen
Ionisationserfassungsschaltung, die in 4 gezeigt
wird, die eine Vorspannungsversorgung 610 aufweist, die
auf einer Rücklaufspannung
basiert, ist die Systemarchitektur aus 6 in der
Lage, eine zweifache Vorspannung bereitzustellen, die von einem
externen Regelungseingang 620 geregelt wird. Die Systemarchitektur aus 6 umfasst
auch einen Verstärker
mit zweifacher Verstärkung 630,
der den dritten Bereich 516 allein des Ionisationssignals
verstärkt.
Die Verstärkung wird
von demselben externen Regelungseingang 620 geregelt wie
derjenige, der die Auswahl der Vorspannungsversorgung 610 regelt.
Dieser Regelungseingang 620 kann von einem Antriebsstrang-Steuerungsmodul
(PCM) oder von gleichwertigen Regelungsschaltungen erzeugt und empfangen
werden. Z. B. ist der Verstärkungsregelungseingang 620 während der
SI-Verbrennung hoch und während
der HCCI-Verbrennung tief.
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Mit
Bezug auf 7 wird ein Schema einer Versorgungsschaltung
mit zweifacher Vorspannung 700 gezeigt, die zum Praxiseinsatz
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Für
die Versorgungsschaltung mit zweifacher Vorspannung 700 wird
eine DC/DC-Ladepumpenschaltung 710 verwendet, um unter
Verwendung einer durch eine Batterie zugeführten Spannung Vbat, die größer ist
als die Summe der Durchschlagspannungen von zwei in Reihe geschalteten
Zener-Dioden D1, D2, eine Vorspannung bereitzustellen. Der Ausgang
der Ladepumpe 710 lädt
den Kondensator C2 durch den Widerstand R1 auf und der Ionisationsvorspannungsausgang
wird gemäß der Durchschlagspannung
der Zener-Dioden D1, D2 bestimmt. Wenn der Verstärkungsregelungseingang tief
ist (d. h. während
der HCCI-Verbrennung),
wird ein Schalttransistor Q1 ausgeschaltet und der Vorspannungsausgang
ist gleich der Summe der Durchschlagspannungen der Zener-Dioden
D1, D2. Zum Beispiel beträgt
die Summe der Durchschlagspannungen der Zener-Dioden D1, D2 150 Volt.
Alternativ ist, wenn der Verstärkungsregelungseingang
hoch ist, der Schalttransistor Q1 angeschaltet und der Vorspannungsausgang
ist gleich der Durchschlagspannung nur einer der Zener-Dioden D1,
wobei der Kollektor-Emitter-Spannungsabfall über den leitfähigen Transistor
Q1 im Vergleich zur Durchschlagspannung unerheblich klein ist. Zum Beispiel
beträgt
die Durchschlagspannung der Zener-Diode D1 100 Volt.
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Die
Ionisationserfassungselektronik ist optional in der Zündspule
integriert, sowohl bei Stab- als auch bei Steckzündspulen, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu
maximieren. Ein guter Grund dafür
ist die Tatsache, dass ein Ionisationssignal eine Amplitude in einer
Größenordnung
von mehreren Hundert Mikroampere aufweist, und ein langer Kabelbaum
zwischen Zündkerze
und Erfassungsschaltung aufgrund der umgebenden elektrischen und
magnetischen Felder zusätzliches
elektrisches Rauschen in das erfasste Ionisationssignal einbringen
würde.
Bei einer derartigen Integration ist ein Verbindungsstück mit (mindestens)
fünf Stiften
für die
Ionisationserfassungsspule geeignet. Die fünf Leitungen sind folgende:
Batteriespannung, Masse, Zündregelungseingang,
Ionisationssignalausgang und Verstärkungsregelungseingang.
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Wie
zuvor beschrieben, ist die Amplitude des Ionisationssignals während der
SI- und HCCI-Verbrennungsbetriebsarten
recht unterschiedlich. In vielen Situationen geht man davon aus,
dass der Unterschied bis zum Zehnfachen reicht. Daraus ergibt sich ein
Maßeinteilungsproblem
für das
PCM (Leistungssteuerungsmodul) beim Einlesen des Ionisationssignals
in den Mikroprozessor. Eine Verstärkung des Ionisationssignals
im PCM würde
auch das zusätzliche Rauschen
verstärken,
das durch den Motorkabelbaum zwischen PCM und Zündspule eingeführt wird. Daher
stellt die Verstärkung
des Ionisationssignals mit der Ionisationserfassungselektronik gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis bereit.
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In 8 wird
ein Schaltschema für
einen Verstärker
mit zweifacher Verstärkung
gezeigt, der konfiguriert ist, um sowohl den Anforderungen Spannung
ein/Spannung aus als auch Spannung ein/Strom aus gerecht zu werden.
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Der
Verstärker
verfügt über einen
Operationsverstärker
OP-AMP, einen Schalter SW und einen Transistor Q2. Der Transistor
Q2 ist wahlweise entweder ein bipolarer Transistor oder ein MOSFET; zum
Zwecke der Erläuterung
wird ein bipolarer Transistor gezeigt. Der Schalter SW kann eine
mechanische Vorrichtung, eine bewegliche Drahtbrücke oder ein niederohmiger
elektronischer Schalter, wie etwa ein MOSFET, sein. Die Emitterwiderstände R4,
R5 sind viel größer als
der Ballastwiderstand RB.
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Die
Eingangsspannung Vion ist eine Spannung, die von dem Ionisationssignal
Iion und einem Widerstand Rion abgeleitet wird. Wenn der Schalter SW
offen ist, wird der negative Knoten des OP-AMP vom Emitter des Transistors
Q2 durch den Emitterwiderstand R4 hindurch abgeleitet, so dass die
Ausgangsspannung Vout Vion entspricht. Dies ist der Fall bei einer
einfachen Verstärkung.
Wenn der Ausgang das zum Eingang proportionale Stromsignal sein
soll, dann wird der Ballastwiderstand RB gewählt, um gleich
Rion zu sein.
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Wenn
eine höhere
Verstärkung
erforderlich ist, wird der Schalter SW geschlossen. Die Ausgangsspannung
Vout wird durch den Spannungsteiler herabgesetzt, der durch die
Emitterwiderstände R4,
R5 gebildet wird, und das Verhältnis
Vout/Vion (bzw. die Verstärkung)
ergibt sich aus (R4 + R5)/R5. Der verstärkte Stromausgang Iout ist
gleich Vout/Rem, wobei Rem die parallele Kombination von (R4 + R5)
und dem Eingangswiderstand RB ist. Somit kann
man Iout folgendermaßen
schreiben: Vout/Vion =
(R4 + R5)/R5 Iout
=
Vout/Rem
Iout = Vion × [(R4 + R5)/R5]/[(R4 + R5) × RB/(R4 + R5 + RB)],nach
einer Vereinfachung, woraus sich folgendes ergibt: Iout
= Vion × (R4
+ R5 + RB)/(R5 + RB)oder Iout ≈ (Vion/R5) × [(R4 +
R5)/RB], wenn RB << R4 + R5.
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Die
Stromverstärkung
(GI) ergibt sich daher aus: GI = [Vion × (R4 +
R5)/R5/RB]/[Vion/RB]
= (R4 + R5)/R5.
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Es
ist zu beachten, dass durch das Hinzufügen von weiteren Schaltern
und Spannungsteilern zur Emitterlast des Transistors Q2 die Verstärkung der
Ionisationssensorschaltung wahlweise drei oder mehrere wählbare Verstärkungseinstellungen
haben kann.
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Mit
Bezug auf 9 wird eine andere Durchführungsarchitektur
einer Ionisationserfassungsschaltung mit variabler Vorspannung und
Verstärkung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. In diesem Fall bleibt die Vorspannungsversorgung 910 unverändert, anders
als in 6, und die Verstärkung des Ionisationssignals wird
von einer getrennten Schaltung in die Spiegelstromschaltung zur
Ionisationserfassung 920 verlegt.
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Die
Regeleingänge
des Verstärkers
mit zweifacher Verstärkung
sind ein Regelungseingang und ein Verstärkungsregelungseingang. Um
eine einfache Verstärkung
während
des Schließzeitraums
beizubehalten, ist der Schalter SW geöffnet, ganz gleich welcher
Verstärkungsregelungseingang
vorliegt. Der Schalter SW wird nur geschlossen, wenn der Verstärkungsregelungseingang
hoch (aktiv) und der Regelungseingang tief (inaktiv) ist.
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Die
oben stehende Erfindung wurde gemäß den betreffenden gesetzlichen
Normen beschrieben, so dass die Beschreibung beispielhafter statt
einschränkender
Art ist. Änderungen
und Modifikationen der offenbarten Ausführungsform können für den Fachmann
ersichtlich sein und in den Umfang der Erfindung fallen. Entsprechend
kann der durch diese Erfindung gebotene gesetzliche Schutzumfang
nur durch das Durchlesen der folgenden Ansprüche bestimmt werden.