DE19630305A1

DE19630305A1 - Schaltungsanordnung zur Messung der Zündspulenprimärspannung einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19630305A1
Application number: DE1996130305
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Grote; Achim Herzog
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-01-29
Also published as: JP2000515945A; EP0914559A1; WO1998004830A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung der Zündspulenprimärspannung einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Aus der EP 0 386 431 B1 ist eine Schaltungsanordnung zur Messung der Primärspannungen einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei bei einer ruhenden Zündspannungsverteilung die Zündspulenpri märspannung mehrerer Zündspulen ausgewertet wird. Die Schaltungsanordnung stellt ein digitales Funkendauer signal und ein analoges Brennspannungssignal bereit. Derartige Signale können bekannterweise zur Steuerung und/oder Funktionsüberwachung der Zündanlage einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden.

Aus der DE 30 51 217 ist eine Vorrichtung zur Messung des Zündspulenprimärstromes einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der eine Auswertung des Zündspulenprimärstromes einer Zündspule über eine Stromspiegelschaltung erfolgt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß eine exakte Auswertung der Zündspulenprimärspan nung wenigstens einer Zündspule möglich ist. Dadurch, daß eine Versorgungsspannungsabhängigkeit und eine gegenseitige Beeinflussung der Zündspulenprimärspan nungen benachbarter Zündspulen eliminiert wird, kann sehr vorteilhaft auch bei sich fortlaufend änderndem Schaltungszustand der ruhenden Zündspannungsvertei lung jederzeit ein exaktes, von Störbeeinflussungen im wesentlichen freies, digitales Funkendauersignal und analoges Brennspannungssignal bereitgestellt wer den.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus den in den Un teransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung;

Fig. 2 eine auszuwertende Zündspulenspannung und

Fig. 3 bis 4 Signalverläufe der mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bereitgestellten Signale.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung 10 ge zeigt, die zur Auswertung der Primärspannungen von Zündspulen einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine dient. Die Schaltungsanordnung 10 besitzt eine der Anzahl der Zündspulen 12 entsprechende Anzahl von Eingängen 14. Die Eingänge 14 sind jeweils über einen Widerstand R2 bis R7 mit einem ersten Anschluß einer Primärwicklung 16 verbunden, deren zweiter Anschluß mit der Versorgungsspannung U_B, in Kraftfahrzeugen in der Regel der Kraftfahrzeugbatterie, verbunden ist. Die Primärwicklung 16 ist weiterhin mit einer End stufe 18 der Zündanlage verbunden, die in hier nicht näher zu betrachtender Weise ein Ansteuersignal für die Zündspule 12 bereitstellt.

In der Zeichnung wird ein Teil der Schaltungsanord nung 10 für jeweils nur eine Zündspule 12 darge stellt, wobei klar ist, daß entsprechend der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine, beispielsweise vier, sechs oder acht, eine entsprechende Anzahl von Zündspulen 12 beschaltet sind. Für den Fall, daß sechs Zylinder vorgesehen sind, sind die Eingänge 14 über jeweils einen der Widerstände R2 bis R7 mit ins gesamt sechs Zündspulen 12 verbunden, die jeweils über eine Endstufe 18 angesteuert werden.

Die Zündspulen 12 stellen bekannterweise über ihre Sekundärwicklung 20 bei Ansteuerung durch die End stufe 18 einen Zündfunken 22 bereit, der den in Fig. 2 gezeigten Spannungsverlauf aufweist. Die nachfol gende Beschreibung bezieht sich auf die Auswertung dieses Zündfunkens, wobei dessen digitale Funkendauer und analoge Brennspannung ermittelt werden soll.

Nach Abschalten der Endstufe 18 wirkt die Sekundär wicklung 20 auf die Primärwicklung 16 zurück, so daß dort ein Abbild der Sekundärspannung abgegriffen wer den kann. Über die spannungsfesten Widerstände R2 bis R7 liegt an den Eingängen 14 ein entsprechender Ein gangsstrom an. Die Eingänge 14 sind mit einem ersten Stromspiegel 24 verbunden, der die Stromspiegel transistoren T1 und T2 aufweist. Diese sind in übli cher Weise mit ihren Basen und ihren Emittern zu sammengeschaltet, so daß bei gleichen Transistoren T1 und T2 gleich große Kollektorströme fließen. Der Stromspiegel 24 wird über einen Transistor T3 an gesteuert, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors T2 und über einen Widerstand R1 mit der Versorgungsspannung U_B verbunden ist. Der Emitter des Transistors T3 ist mit den Basen der Transistoren T1 und T2 verbunden. Entsprechend der Anzahl der Zünd spulen 12, das heißt der aktiven Eingänge 14, sind eine entsprechende Anzahl von Transistoren T1 vorge sehen, deren Basen alle gemeinsam mit der Basis des Transistors T2 beziehungsweise dem Emitter des Transistors T3 verbunden sind. Diese sind als soge nannter Multibasisanschluß geschaltet, wodurch er reicht wird, daß über die Transistoren T1 jeweils ein exakt gleich großer Strom fließt. Durch den Strom spiegel 24 wird erreicht, daß ein Einfluß der Versor gungsspannung U_B auf die auszuwertende Zündspulen primärspannungen eliminiert werden kann. Da ein Ab bild der Sekundärspannung ausgewertet wird, die Pri märspule jedoch gleichzeitig mit der Versorgungsspan nung U_B verbunden ist, erfolgt im Knotenpunkt K1 eine Substraktion des von der Versorgungsspannung U_B ab hängigen Stromes, so daß der Einfluß der Versorgungs spannung U_B auf den am Eingang 14 anliegenden Ein gangsstrom vollständig eliminiert wird.

Durch eine Wahl der Größenverhältnisse des Wider stands R1 zu den Widerständen R2 bis R7, insbesondere dadurch, daß der Widerstand R1 kleiner ist als die Widerstände R2 bis R7, erfolgt eine Überkompensation der auszuwertenden Zündspulenprimärspannungen der einzelnen Zündspulen 12. Dadurch, daß entsprechend des Zündregimes die einzelnen Zündspulen 12 in ent sprechendem zeitlichen Abstand über ihre Endstufen 18 angesteuert werden, ist in der Regel eine Zündspule 12 in Betrieb, während die restlichen Zündspulen gerade nicht angesteuert werden. Diese nacheinander folgende Ansteuerung der Zündspulen 12 führt zu Schaltungstoleranzen, die sich unterschiedlich auf die auszuwertenden Zündspulenprimärspannungen auswir ken können und bei deren späteren - noch zu erläu ternden - Zusammenschaltung zu einem Gesamtsignal zu verfälschenden Offsets zwischen den jeweils einem Eingang zugeordneten Schaltungsbestandteilen der Schaltungsanordnung 10 führen können. Dadurch, daß die Widerstände R2 bis R7 größer sind als der Widerstand R1, werden derartige Offsets vermieden be ziehungsweise soweit reduziert, daß diese keinen Einfluß mehr auf das auszuwertende Signal haben.

Der sich hinter dem Knotenpunkt K1 ergebende, um den versorgungsspannungsabhängigen Strom bereinigte Ein gangsstrom wird auf einen zweiten Stromspiegel 26 der Transistoren T5 und T6 geführt und über einen Schalt transistoren T7 einem Knotenpunkt K2 zugeführt. Der Stromspiegel 26 ist in einer entsprechenden Anzahl vorgesehen, die den aktiven Eingängen 14 und damit den vorhandenen Zündspulen 12 entspricht. Die Kollek toren aller Transistoren T7 sind hierbei in dem Knotenpunkt K2 zusammengeschaltet, so daß eine Auf summierung der bereits vom versorgungsspannungsab hängigen Strom bereinigten Eingangsströme erfolgt. Der Knoten K2 bildet somit einen Summationspunkt, der ferner über einen Widerstand R8 mit einem internen Spannungspotential der Schaltungsanordnung 10, von beispielsweise 5 Volt, verbunden ist. Über den Widerstand R8 erfolgt somit eine Umwandlung der auf summierten Eingangsströme in eine Spannung U, deren Spannungsverlauf der Überlagerung sämtlicher Primär spannungen der Zündspulen 12 entspricht. Über eine Wahl der Größenverhältnisse des Widerstands R8 zu den Widerständen R2 bis R7 kann der Verstärkungsfaktor eingestellt werden, mit dem die auszuwertende Primär spannung der Zündspulen 12 der Schaltungsanordnung 10 über die Eingänge 14 zugeführt wird.

Der Knotenpunkt K2 ist ferner mit dem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 28 verbunden, der als Spannungsfolger zur Impedanzwand lung geschaltet ist. Der Ausgang des Operationsver stärkers 28 ist mit einem Knotenpunkt K3 verbunden, über den eine getrennte Signalauswertung für eine digitale Funkendauererfassung und eine analoge Brenn spannungserfassung erfolgen kann. Der Knotenpunkt K3 ist hierzu einerseits über einen Eingangswiderstand R9 mit dem nicht invertierenden Eingang eines Komparators 30 verbunden. Ferner ist ein Rückkopplungswiderstand R10 vorgesehen, so daß über das Verhältnis der Widerstände R9 und R10 eine feste Hysterese des Komparators 30 eingestellt werden kann. Über einen Kondensator C1 kann die Empfindlichkeit des Eingangssignals des Komparators 30 beeinflußt werden, so daß Signalschwankungen ausgeglichen werden können. Der invertierende Eingang des Komparators 30 ist mit einem Potentiometer 32 verbunden, so daß eine Schaltschwelle des Komparators 30 eingestellt werden kann. Der Ausgang des Komparators 30 ist mit einem Ausgangsanschluß 34 der Schaltungsanordnung 10 ver bunden, an dem ein der Funkenbrenndauer proportiona les digitales Spannungssignal anliegt. In Fig. 3 ist ein derartiger Spannungsverlauf gezeigt, wobei mit Beginn eines Zündfunkens die Spannung zum Zeitpunkt t1 auf den unteren Wert abfällt und zum Ende des Zündfunkens zum Zeitpunkt t2 auf den oberen Wert ansteigt. Somit kann über eine Erfassung der Zeit t2 minus t1 die Dauer des Zündfunkens ermittelt werden. Entsprechend der Abfolge der Aktivierung der einzel nen Zündspulen 12 wird das digitale Spannungssignal U_dig von seinem oberen Wert in seinen unteren Wert über den Komparator 30 geschaltet. Durch fortlaufende Auswertung der digitalen Spannung U_dig kann die Funk tion der Zündanlage, beispielsweise auf Zündaus setzer, überwacht werden.

Der Knotenpunkt K3 ist ferner über einen Filter 36, der den Widerstand R11 und die Kapazität C2 aufweist, mit einem weiteren Operationsverstärker 38 verbunden, der als Spannungsfolger zur Impedanzwandlung dient. Der Ausgang des Operationsverstärkers 38 ist mit einem Ausgangsanschluß 40 der Schaltungsanordnung 10 verbunden, an dem das in Fig. 4 dargestellte, der Brennspannung entsprechende, analoge Ausgangssignal U_an anliegt. Durch den als Spannungsfolger geschalte ten Operationsverstärker 38 kann eine Auswertung der analogen Brennspannung ohne weitere Beschaltung er folgen. Mittels des analogen Spannungsverlaufs, der über der Zeit wiederum der Abfolge von den Zündspulen 12 erzeugten Zündfunken entspricht, kann die Funktion der Zündanlage überwacht werden.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 38 ist weiter hin mit einem Sample & Hold-Glied 42 verbunden, das von einem von einem Mikroprozessor 44 ansteuerbaren Monoflop 46 angesteuert wird. Ein Schalteingang des Monoflops 46 ist mit dem Ausgang des Komparators 30 verbunden, so daß eine Schaltung des Sample & Hold- Gliedes 42 über eine negative Flanke der digitalen Funkendauer, also zum Zeitpunkt t1, ausgelöst wird. Über das Sample & Hold-Glied 42 erfolgt ein Abtasten des analogen Brennspannungssignals zum Zeitpunkt t1 und Halten dieses Signals auf einem konstanten Wert, für eine über den Mikroprozessor 44 vorgebbare Sample-Zeit t_S. Der Ausgang des Sample & Hold-Gliedes 42 ist über einen weiteren als Spannungsfolger ge schalteten Operationsverstärker 48 mit einem Aus gangsanschluß 50 der Schaltungsanordnung 10 ver bunden, an dem ein in Fig. 5 gezeigtes Signal U_samp anliegt. Hier ist mit einer gestrichelten Linie das zum Zeitpunkt t1 anliegende Signal dargestellt, das zum Zeitpunkt t_S in ein nächstes, hier mit durch gezogener Linie dargestelltes, Signal umspringt und nach Ablauf der Sample-Zeit t_S, die beispielsweise 300 µs betragen kann, in den nächsten abgetasteten, konstanten, analogen Brennspannungswert umschaltet. Durch das Halten des analogen Brennspannungswertes über eine Sample-Zeit auf einen konstanten Wert kann bei der Auswertung der anlogen Brennspannung die Be lastung eines Auswerterechners reduziert werden.

Insgesamt ist mit der Schaltungsanordnung 10 in ein facher Weise eine gleichzeitige digitale Funkendauer erfassung und analoge Brennspannungserfassung mög lich, wobei an jeweils nur einem Ausgangsanschluß 34, 40 beziehungsweise 50 die entsprechenden Signale an liegen. Durch die Eliminierung des Einflusses Versorgungsspannung U_B und der Schaltzustände der benachbarten Primärspulen 16 können Ausgangssignale mit hoher Qualität bereitgestellt werden. Bei der analogen Brennspannungserfassung kann darüber hinaus auf einen zeitlichen Verlauf der analogen Brennspan nung U_an oder auf eine gesampelte analoge Brenn spannung U_samp zurückgegriffen werden.

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, so sind insbesondere auch andere Schaltungsvarianten denkbar, die die gleiche Funktion ausüben. Darüber hinaus ist die Schaltungsanordnung 10 auch bei einer anderen Anzahl von Zündspulen 12, beispielsweise vier oder acht, entsprechend angepaßt einsetzbar.

Prinzipiell kann mit der vorgeschlagenen Schaltung eine Auswertung ohne die Verwendung hochsperrender Dioden und Halbleiterelemente erfolgen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Messung der Zündspulenpri märspannung einer Zündanlage einer Brennkraftmaschi ne, mit einer ruhenden Zündspannungsverteilung, wobei die Zündspulenprimärspannung wenigstens einer Zünd spule ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Versorgungsspannungsabhängigkeit und eine gegen seitige Beeinflussung der Zündspulenprimärspannungen benachbarter Zündspulen eliminiert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß von einem der Zündspulenprimärspa nung abhängiger, über einen Eingangswiderstand (R2 bis R7) geführter Eingangsstrom über einen Widerstand (R1) ein Versorgungsspannungsabhängiger Strom sub strahiert wird.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der versor gungsspannungsabhängige Strom über einen Stromspiegel (24) an einem Knotenpunkt (K1) von dem Eingangsstrom substrahiert wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom spiegel (24) einen Stromspiegeltransistor (T2), einen Steuertransistor (T3) und eine der Anzahl der auszu wertenden Zündspulen (12) entsprechende Anzahl von Stromspiegeltransistoren (T1) aufweist, deren Kollek toren mit jeweils einem Knotenpunkt (K1) verbunden sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R1) kleiner ist als die Widerstände (R2 bis R7).

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die um den versorgungsspannungsabhängigen Strom bereinigten Ein gangsströme über einen weiteren Stromspiegel (26) einem Knotenpunkt (K2) zugeführt und dort summiert werden und mittels eines Widerstandes (R8) in eine Spannung (U) umgewandelt werden, deren Spannungsver lauf der Überlagerung sämtlicher Primärspannungen der Zündspulen (12) entspricht.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über das Grö ßenverhältnis des Widerstandes (R8) zu den Wider ständen (R2 bis R7) ein Verstärkungsfaktor für die Zündspulenprimärspannungen einstellbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Knoten punkt (K2) anliegende Spannung (U) abgegriffen und einer digitalen Auswerteeinrichtung und einer analo gen Auswerteeinrichtung zugeführt wird.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Auswerteeinrichtung ein Komparator (30) mit über Widerstände (R9, R10) einstellbarer fester Hysterese ist, dessen Schaltschwelle extern einstellbar ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (30) mit einem Ausgangsanschluß (34) der Schaltungs anordnung (10) verbunden ist, an dem ein digitales Funkendauersignal (U_dig) abgegriffen werden kann.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die analoge Auswerteeinrichtung von einem Filter (36) und einem Spannungsfolger (38) gebildet ist, dessen Ausgang mit einem Ausgangsanschluß (40) der Schaltungsanordnung (10) verbunden ist, an dem ein analoges Brennspan nungssignal (U_an) abgegriffen werden kann.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Brennspannungssignal (U_an) über ein Sample & Hold- Glied (42) geführt wird und dessen Samplezeit (t_S) extern über einen Monoflop (46) einstellbar ist.

13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltein gang des Monoflops (46) mit dem Ausgang des Kompara tors (30) verbunden ist, so daß eine Auslösung des Sample & Hold-Gliedes (42) über eine negative Flanke des digitalen Funkendauersignals (U_dig) erfolgt.

14. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang des Sample & Hold-Gliedes (42) über einen Spannungs folger (48) mit einem Ausgangsanschluß (50) der Schaltungsanordnung (10) verbunden ist, an dem ein gesampeltes, analoges Brennspannungssignal (U_samp) abgegriffen werden kann.