DE19733356C2 - Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, um den Verbrennungszustand eines Verbrennungsmotors festzustellen, indem die Veränderungen der Menge von Ionen gemessen wird, die zum Verbrennungszeitpunkt des Verbrennungsmotors durch das Niederspannungsende einer Sekundärwicklung einer Zündspule erzeugt werden, und insbesondere betrifft die Verbindung eine Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die verhindert, daß ein Fehler oder ähnliches einer Ionenstrom-Erfassungsschaltung einen sekundären Strom während einer Zündsteuerung beeinflußt, um so zu verhindern, daß Zündcharakteristiken sich verschlechtern.

Allgemein wird ein Verbrennungsmotor durch eine Vielzahl von Zylindern angetrieben, eine aus Kraftstoff und Luft bestehende Kraftstoff-Luftmischung, die in die Verbrennungskammer von jedem Zylinder eingeführt worden ist, wird komprimiert, wenn ein Kolben sich nach oben bewegt, und eine Hochspannung für eine Zündung wird an eine Zündkerze angelegt, die in der Verbrennungskammer angeordnet ist, um einen elektrischen Funken zu erzeugen, um das Kraftstoff- Luftgemisch zu verbrennen; die Explosivkraft, die erzeugt wird, wenn die Kraftstoff-Luftmischung verbrannt wird, wird zu der Kraft umgewandelt, die den Kolben herabdrückt, und wird als eine Rotationsausgabe des Verbrennungsmotors abgenommen.

Es ist bekannt, daß beim Stattfinden der Verbrennung in der Verbrennungskammer die Moleküle in der Verbrennungskammer ionisiert werden und daher ein Anlegen einer Vorspannung an Ionenstrom-Erfassungselektroden, die normalerweise Zündkerzenelektroden sind und die in der Verbrennungskammer angeordnet sind, bewirkt, daß Ionen mit elektrischen Ladungen sich in der Form eines Ionenstroms (ionischen Stromes) zwischen Zündkerzenelektroden bewegen.

Es ist auch bekannt, daß der Ionenstrom empfindlich auf den Verbrennungszustand in der Verbrennungskammer reagiert, was es möglich macht, einen Verbrennungszustand im Verbrennungsmotor festzustellen, in dem der Zustand erfaßt wird, mit dem der Ionenstrom erzeugt wird.

Dieser Typ von Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor wird z. B. in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-191465 oder Nr. 7- 217519 beschrieben, in denen eine Zündkerze als die Elektrode für ein Erfassen eines Ionenstromes verwendet wird und ein Verbrennungsfehler einschließlich eines Fehlzündens aufgrund der Menge eines Ionenstromes festgestellt wird, der unmittelbar nach der Zündung erfaßt wird.

Fig. 5 veranschaulicht ein Schaltungsaufbaudiagramm, eines Beispiels einer bekannten Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor; sie zeigt ein Beispiel einer unabhängigen Zündvorrichtung, bei der eine Ionenstromerfassungsvorrichtung für die Zündspule entsprechend eines Zylinders verbunden ist.

In Fig. 5 ist die Kathode einer Bordbatterie mit einem Ende einer Primärwicklung 2a einer Zündspule 2 verbunden, das andere Ende der Primärwicklung 2a ist über einen emittergeerdeten Leistungstransistor 3 mit Masse verbunden, um die Versorgung eines primären Stromes abzuschalten.

Eine Sekundärwicklung 2b der Zündspule 2 stellt zusammen mit der Primärwicklung 2a einen Transformator dar; das Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b ist mit einem Ende einer jedem Zylinder, nicht gezeigt, entsprechenden Zündkerze verbunden, um eine Hochspannung einer negativen Polung zur Zeit einer Zündsteuerung abzugeben.

Die aus gegenüberliegenden Elektroden aufgebaute Zündkerze 4 entlädt sich, um das Kraftstoff-Luftgemisch in einem Zylinder zu zünden, wenn die Hochspannung für eine Zündung daran angelegt wird.

In dieser Zeichnung ist nur ein Paar einer Zündspule 2 und der Zündkerze 4 gezeigt, repräsentativ für die Zündspulen 2 und Zündkerzen 4, die für jeweilige Zylinder vorgesehen sind.

Das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b ist mit einer Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 verbunden. Die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 legt eine Vorspannung positiver Polarität, welches die entgegengesetzte Polarität zu der Zündpolarität ist, über die Sekundärwicklung 2b an die Zündkerze 4 an und erfaßt den Ionenstrom, der der Menge von zum Verbrennungszeitpunkt erzeugten Ionen entspricht.

Die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 umfaßt: eine Vorspannungsvorrichtung, nämlich einen Kondensator C, der mit dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b verbunden ist; eine Diode D, die zwischen den Kondensator C und Masse gelegt ist; einen Widerstand R, der parallel mit der Diode D verbunden ist; und eine Zenerdiode DZ zur Begrenzung der Spannung, die parallel mit dem Kondensator C und der Diode D verbunden ist.

Die Serienschaltung, die aus dem Kondensator C und der Diode D besteht und die Zenerdiode DZ, die parallel mit der Serienschaltung verbunden ist, sind zwischen das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b und Masse eingefügt, um einen Ladepfad darzustellen, um den Kondensator C mit der Vorspannung zu der Zeit zu laden, wenn der Zündstrom erzeugt wird.

Der Kondensator wird mit dem Sekundärstrom geladen, der über die Zündkerze 4 fließt, die unter der Hochspannungsausgabe von der Sekundärwicklung 2b entladen wird, wenn der Leistungstransistor 3 AUS-geschaltet wird, d. h. wenn der an die Primärwicklung 2a angelegte Strom abgeschaltet wird. Die Ladespannung wird durch die Zenerdiode DZ auf eine vorbestimmte Vorspannung begrenzt, beispielsweise einige hundert Volt; er arbeitet als die Vorspannungsvorrichtung, d. h. die Leistungsversorgung, um den Ionenstrom zu erfassen.

Der Widerstand R in der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 wandelt den durch die Vorspannung gelieferten Ionenstrom in eine Spannung um, die als ein Ionenstrom-Erfassungssignal Ei an eine elektronische Steuerschaltung (ECU) 20 geliefert wird.

Die aus einem Mikroprozessor bestehende ECU 20 bestimmt den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit dem Ionenstrom-Erfassungssignal Ei; falls sie einen schlechten Verbrennungszustand feststellt, führt sie passende Korrekturmaßnahmen aus, um ein Problem zu verhindern.

Die ECU 20 berechnet auch den Zündzeitpunkt, etc. gemäß Betriebsbedingungen, die durch verschiedene Sensoren, nicht gezeigt, erhalten werden, und gibt ein Zündsignal P für den Leistungstransistor 3 aus, Kraftstoffeinspritzsignale an die Einspritzer, nicht gezeigt, der jeweiligen Zylinder, und Antriebssignale an verschiedene Stellglieder, wie z. B. eine Drosselklappe und ein ISC-Ventil.

Die Fig. 6 und 7 sind erklärende Zeichnungen, die den Pfad veranschaulichen, entlang dessen Strom in die Sekundärwicklung 2b fließt, und die die Ionenstrom- Erfassungsschaltung 10 veranschaulichen; Fig. 6 veranschaulicht den durch die durchgezogene Linie angezeigten Pfad des Sekundärstroms I2, der unter der Hochspannung zu dem Zeitpunkt fließt, wenn die Zündkerze 4 sich entlädt, d. h. während der Zündsteuerung; und Fig. 7 veranschaulicht den durch die gestrichelte Linie bezeichneten Pfad des Ionenstroms i, der unter der Vorspannung zu der Zeit fließt, wenn der Ionenstrom erfaßt wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 wird der Betrieb der bekannten Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, in Fig. 5 gezeigt, beschrieben.

Normalerweise berechnet die ECU 20 den Zündzeitpunkt, etc., in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen und legt das Zündsignal P an die Basis des Leistungstransistors 3 zu einem Zielsteuerzeitpunkt an, so daß der Leistungstransistor 3 AN/AUS-geschaltet wird.

Somit schaltet der Leistungstransistor 3 die Versorgung des primären Stroms, der in die Primärwicklung 2a der Zündspule 2 fließt, ab, um die Primärspannung zu verstärken und um an dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b für eine Zündung die Hochspannung zu erzeugen, beispielsweise einige zehn Kilovolt.

Diese sekundäre Spannung wird an die Zündkerze 4 in jedem Zylinder angelegt, um einen Entladefunken in der Verbrennungskammer des Zylinders unter Zündsteuerung zu erzeugen und dadurch das Kraftstoffluftgemisch zu verbrennen. Zu dieser Zeit werden, wenn der Verbrennungszustand normal ist, eine vorbestimmte Menge von Ionen um die Zündkerze herum und in der Verbrennungskammer erzeugt.

Während der Zündsteuerung fließt der sekundäre Strom I2, der durch das Entladen der Zündkerze 4 zum Zündzeitpunkt ausgelöst wird, entlang des durch die durchgezogene, in Fig. 6 gezeigte Linie bezeichneten Pfades und lädt über den Ladepfad in der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 den Kondensator C, was die Vorspannungsenergieversorgung liefert.

Dann, sobald die Vorspannung des Kondensators C die Zenerspannung der Zenerdiode DZ übersteigt, fließt der sekundäre Strom I2 entlang des Pfades auf der Zenerdioden-DZ- Seite, und die Vorspannung des Kondensators C wird durch die Zenerspannung der Zenerdiode DZ begrenzt. Die Vorspannung des Kondensators C wird durch die Schaltungscharakteristik der Zenerdiode DZ gesetzt auf einen beliebigen vorbestimmten Wert.

Die so in den Kondensator C geladene Vorspannung wird über die Sekundärwicklung 2b an die Zündkerze 4 eines Zylinders angelegt, der gerade einer Zündsteuerung unterzogen worden ist, d. h. einer Verbrennung, was den Ionenstrom i bewirkt, der der Menge von Ionen entspricht, die zum Verbrennungszeitpunkt erzeugt worden sind, und fließt, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 7 angezeigt. Zu diesem Zeitpunkt bewegen sich die Ionen zwischen den Elektroden der Zündkerze 4, und der Kondensator C entlädt sich.

Der Ionenstrom i wird als das Ionenstrom-Erfassungssignal Ei durch den Spannungsabfall über dem Widerstand R erfaßt. Die ECU 20 beendet den Verbrennungszustand eines jeden Zylinders gemäß des Ionenstrom-Erfassungssignals Ei und berechnet geeignete Steuerparameter, wie z. B. Zündzeitvorgaben in Übereinstimmung mit den Betriebszuständen und den Verbrennungszuständen, wie vorhergehend beschrieben.

Da jedoch der Pfad des sekundären Stromes I2, der durch die Zündsteuerung fließt, die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 einschließt, beeinflussen verschiedene Probleme bezüglich der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 unvermeidlich Zündcharakteristiken.

Wenn z. B. eine Verbindung zwischen der Zündspule 2 und der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 abgetrennt werden sollte oder die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 selbst ausfallen sollte, dann wird ein normaler Fluß des sekundären Stromes I2 verhindert, was den Zündbetrieb negativ beeinflußt.

Eine Lösung dieses Problems wird in der JP 4-191466 A angeboten. Zur Detektierung des Ionenstroms ist ein Kondensator vorgesehen, der mit der Primärspannung der Zündspule geladen wird, so daß eine positive Vorspannung an der Zündkerze anliegt. Während des Zündvorgangs fließt aufgrund der positiven Vorspannung des Kondensators ein Ionenstrom, aufgrund dessen der Verbrennungszustand in dem Verbrennungsmotor gemessen werden kann.

Weiterhin ist aus der JP 6-207574 A eine Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung bekannt, bei der eine Ionenstrom-Erfassungsschaltung eine Mehrzahl von Zündspulen und Zündkerzen zugeordnet ist und bei der Zündstrom aller Zündkerzen über eine gemeinsame Spannungsklemmvorrichtung an der Ionenstrom- Erfassungsschaltung vorbei nach Masse geleitet wird.

Bei den vorbekannten Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtungen wurde allerdings dem Entladen der Vorspannung VBi keine Bedeutung beigemessen, wobei diese Entladung insbesondere beim anfänglichen Anstiegs des Primärstromes I1 vorkommen kann. Gewöhnlicherweise wird bei Beaufschlagung der Primärwicklung seitens der Autobatterie eine Spannung mit einer Polarität entgegengesetzt zu der Polarität der Zündung erzeugt. Somit kann, falls die Vorspannung auf die hiermit erzeugte Spannung hinzugefügt wird, sich die Zündkerze entladen, was zu einer Frühzündung führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung zu schaffen, die Frühzündungen wirkunsvoll unterbindet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß eine Strombegrenzungsvorrichtung zwischen die Verbindung der Gleichrichtervorrichtung und der Spannungsklemmvorrichtung sowie dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung (2b) eingesetzt ist.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind aufgrund der Merkmale der Unteransprüche 2-5 vorgesehen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 erläutert die Funktionsweise einer Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung ohne eine Strombegrenzungsvorrichtung;

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung;

Fig. 3 erläutert die Anwendung einer Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung auf eine Hochspannungs- Vierzylinder-Verteilungsvorrichtung;

Fig. 4 erläutert die Anwendung einer Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung auf einen Vierzylindermotor mit unabhängiger Zündung;

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltdiagramm, das eine bekannte Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht;

Fig. 6 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen sekundären Strompfad veranschaulicht, der während der Zündsteuerung durch die bekannte Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor erfaßt wird; und

Fig. 7 zeigt ein erklärendes Diagramm, das einen Ionenstrompfad veranschaulicht, der während der Ionenstromerfassung durch die bekannte Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor erfaßt wird.

Fig. 1 erläutert zunächst die Funktionsweise einer Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung ohne eine Strombegrenzungsvorrichtung. Ähnliche Bestandteile, wie die oben beschriebenen (siehe Fig. 5), sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen, und eine detaillierte Beschreibung davon wird ausgelassen.

In Fig. 1 ist eine Diode 5 für ein Verhindern von Rückfluß, die den Fluß eines Ionenstroms i in der Vorwärtsrichtung setzt, in einer Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10A zwischen das Niedrigspannungsende einer Sekundärwicklung 2B und einen Kondensator C, d. h. eine Vorspannungsvorrichtung, eingefügt.

Das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b der Zündspule 2 ist über eine Spannungsklemmvorrichtung, die durch eine Zenerdiode 6 und eine Diode 7 dargestellt ist, mit Masse verbunden.

Die Zenerdiode 6 ist mit Bezug auf den sekundären Strom I2, der durch die Sekundärwicklung 2b unter der Hochspannung für einen Strom fließt, in der entgegengesetzten Polarität verbunden, um so die Spannung am Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b zu dem Zeitpunkt wenn die Hochspannung für eine Zündung erzeugt wird, auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen, nämlich die Klemmspannung Vc. Der absolute Wert der Klemmspannung Vc ist auf den absoluten Wert oder mehr der Vorspannung Vbi des Kondensators C gesetzt.

Die Diode 7 ist in Serie verbunden, so daß sie die entgegengesetzte Polarität mit Bezug auf die Zenerdiode 6 trägt, um den Rückfluß von Masse zu verhindern.

Die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10A schließt eine Diode 8 ein, deren Anode mit dem Niedrigspannungsende einer Primärwicklung 2a verbunden ist, und einen Widerstand 9, um einen Strom zu begrenzen und der zwischen die Kathode der Diode 8 und das Hochspannungsende eines Kondensators 8, der als Vorspannaungsvorrichtung dient, eingefügt ist; der Kondensator C wird durch einen primären Strom I1 geladen, der durch die Primärwicklung 2a fließt.

Eine Zenerdiode DZ ist parallel zu beiden Anschlüssen des Kondensators C verbunden, und ihre Anode ist über eine Diode D mit Masse verbunden. Dies verhindert, daß der Leckstrom aufgrund der Temperatureigenschaften der Zenerdiode DZ in einen Widerstand R für ein Erfassen eines Ionenstroms fließt, wodurch Erfassungsfehler verhindert werden.

Der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung wird nun beschrieben.

Wie vorhergehend erwähnt, wird, wenn ein Leistungstransistor 3 durch ein von einer ECU 20 erhaltenes Zündsignal P AN- geschaltet wird, der primäre Strom I1, der durch die Primärwicklung 2a fließt, abgeschaltet.

Zu diesem Zeitpunkt, wenn das Zündsignal P von einem hohen Niveau zu einem niedrigen Niveau wechselt, um zu bewirken, daß der Leistungstransistor 3 den primären Strom I1 abschaltet, tritt eine relativ hohe primäre Spannung der positiven Polarität am Niedrigspannungsende der Primärwicklung 2a auf, d. h. dem Kollektor des Leistungstransistors 3.

Diese primäre Spannung bewirkt, daß Strom entlang eines Pfades fließt, der aus der Diode 8, dem Widerstand 9, dem Kondensator C, der Diode D und Masse in der aufgeführten in Reihenfolge besteht, wodurch der Kondensator C geladen wird.

Wenn die Ladespannung des Kondensators C gleich der Summe des Vorwärtsspannungsabfalls der Diode D und der Zenerspannung der Zenerdiode DZ wird, d. h. die Vorspannung Vbi, ist das Laden des Kondensators C vervollständigt.

Danach fließt der Primärstrom I1 entlang eines Pfades, der aus der Diode 8, dem Widerstand 9, der Zenerdiode DZ, der Diode D und Masse in der aufgeführten Reihenfolge besteht.

Wenn der primäre Strom I1 abgeschaltet wird, bewirkt die Sekundärspannung, nämlich die Hochspannung für eine Zündung der negativen Polung, die am Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b auftritt, das Auftreten einer Funkenentladung an der Zündkerze 4, wodurch ein Kraftstoff- Luftgemisch verbrannt wird.

Zu diesem Zeitpunkt fließt der sekundäre Strom I2 entlang eines Pfades, der aus Masse, der Zündkerze 4, der Sekundärwicklung 2b, der Zenerdiode 6, der Diode 7 und Masse in der aufgeführten Reihenfolge besteht.

Der sekundäre Strom I2 bewirkt, daß das Kathodenpotential der Zenerdiode 6 sich auf die Summe des Vorwärtsspannungsabfalls der Diode 7 und der Zenerspannung der Zenerdiode 6, nämlich eine Klemmspannung Vc, erhöht.

Das Verhältnis zwischen der Vorspannung Vbi, die in dem Kondensator C geladen wird, und dem Kathodenpotential der Zenerdiode 6, d. h. der Klemmspannung Vc, steht im Verhältnis zum Vorwärtsspannungsabfall V5 der Diode 5; es ist so eingestellt, daß es die unten gezeigte Gleichung (1) erfüllt:

Vc + V5 < Vbi (1)

Somit bleibt die Diode 5 AUS, während der sekundäre Strom I2 geliefert wird, d. h. während der primäre Strom I1 AUS ist; daher werden die angesammelten Ladungen des Kondensators C nicht freigesetzt, was keinen Abfall der Vorspannung bewirkt.

Die Klemmspannung Vc sollte zumindest auf einen relativ kleinen Wert gesetzt werden, in einem Ausmaß, in dem Gleichung (1) erfüllt ist, um die Verzögerung des Zeitpunkts zum Starten des Erfassens des Ionenstroms i zu minimieren, was später erörtert wird.

Während die Zündkerze 4 im Verlauf einer Zündsteuerung entladen wird, fällt der absolute Wert der Spannung am Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b von einigen zehn Kilovolt minus zum Beginn des Entladens auf wenige Kilovolt minus. Bei einem Vervollständigen des Entladens wird die Klemmspannung Vc, beispielsweise ungefähr 200 Volt, der positiven Polarität erhalten.

Somit bewirkt die Klemmspannung Vc, wenn das Kraftstoffluftgemisch durch das Entladen der Zündkerze 4 verbrannt wird, daß ein Ionenstrom unter Verwendung der in der Verbrennungskammer erzeugten Ionen als das Medium fließt.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Ionenstrom durch die von der Kathode der Zenerdiode 6 gelieferten Klemmspannung Vc ausgelöst, und die Klemmspannung Vc fällt ab, um die folgende Gleichung (2) zu erfüllen:

Vb + V5 = Va (2)

Von diesem Moment an beginnt der Ionenstrom (angezeigt durch die gestrichelte Linie) unter der Vorspannung VBi des Kondensators C zu fließen, und dann fallen die Vorspannung Vbi und die Klemmspannung Vc ab; jedoch fährt der Ionenstrom i fort, unter Erfüllung der Gleichung (2) zu fließen.

Zu diesem Zeitpunkt fließt der Ionenstrom i entlang einem Pfad, der aus der Masse, dem Widerstand R, dem Kondensator C, der Diode 5, der Sekundärwicklung 2b, der Zündkerze 4 und der Masse in der genannten Reihenfolge besteht.

Der Widerstand R gibt ein Ionenstrom-Erfassungssignal Ei aus und die ECU 20 bestimmt den Verbrennungszustand gemäß des Ionenstrom-Erfassungssignals Ei.

Somit schließt der Pfad des sekundären Stromes I2 während einer Zündsteuerung die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10A nicht ein; daher beeinflussen Probleme, wie z. B. Schaltungsfehler oder Verbindungsfehler bezüglich der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10A, nicht Zündeigenschaften, wodurch eine niedrigere Auftrittsrate von Fehlern der Zündvorrichtung auftritt, mit demzufolge erhöhter Zuverlässigkeit der Zündung.

Der Ionenstrom i kann einfach vom Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b erfaßt werden, ohne Kosten zu erhöhen, einfach indem die Diode 5, die Zenerdiode 6 und die Diode 7 an die Zündspule 2 angefügt werden.

Die Diode 7 der entgegengesetzten Polarität wurde in Serie mit der Zenerdiode verbunden, so daß Interferenzen von anderen Schaltungen sicher verhindert werden können.

Die Zündvorrichtung ist so ausgelegt, daß, sogar wenn die Vorspannung VBi zum Erfassen eines Ionenstromes vom Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b angelegt werden muß, der primäre Strom I1 von der entgegengesetzten, elektromotorischen Spannung der Primärwicklung 2a für das Laden der Vorspannung VBi verwendet werden kann, anstatt den sekundären Strom I2 zu verwenden.

Der Kondensator C kann unter Verwendung des primären Stroms I1 geladen werden, was die Notwendigkeit der Gleichspannungsversorgung für ein Bereitstellen der Vorspannung unnötig macht.

In der oben beschriebenen Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung wurde für die Vorspannung VBi zum Erfassen des Ionenstroms der Kondensator C verwendet, geladen mit der gegenelektromotorischen Spannung der Primärwicklung 2a zum Zeitpunkt einer Zündsteuerung; es kann jedoch stattdessen auch eine gewöhnliche Gleichspannungsversorgung verwendet werden.

Eine Verwendung einer gewöhnlichen Gleichspannungsversorgung ermöglicht das Eliminieren der Diode 8, des Widerstands 9 und der Zenerdiode DZ von der Kondensatorladeschaltung, d. h. der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10A.

In der Schaltung gemäß Fig. 1 wurde keine besondere Überlegung im Hinblick auf das Entladen der Vorspannung VBi zum Beginn des Lieferns des Primärstromes I1 gemacht; eine Strombegrenzungsvorrichtung zum Verhindern des Entladens der Vorspannung VBi zum Liefern des Stromes kann hinzugefügt werden.

Gewöhnlicherweise wird zum Beginn des mit Energie Versorgens der Primärwicklung 2a die Spannung mit der positiven Polarität, d. h. die Spannung der entgegengesetzten Polarität zu der Zündung, am Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b erzeugt. Somit kann, falls die Vorspannung auf die erzeugte Spannung hinzugefügt wird, sich die Zündkerze 4 entladen, was zu einer Frühzündung führt. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Strombegrenzungsvorrichtung dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b hinzuzufügen, um ein Frühzünden und das Entladen der Vorspannung VBi zu verhindern.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung, das mit der Strombegrenzungsvorrichtung versehen ist, um das Entladen der Vorspannung zu verhindern; entsprechende Komponenten zu denen in Fig. 1 werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine detaillierte Beschreibung davon wird ausgelassen.

In Fig. 2 ist eine Strombegrenzungsvorrichtung 11, bestehend aus einer Parallelschaltung einschließlich eines Widerstandes 12 und einer Diode 13, zwischen der Verbindung der Diode 5 und der Zenerdiode 6 und dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung 2b bereitgestellt.

Der Widerstand 12 stellt die Strombegrenzungsvorrichtung 11 dar und beschränkt den Entladestrom, der vom Kondensator C über die Sekundärwicklung 2b in die Zündkerze 4 fließt; er beschränkt die Spannung, die am Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b zum Beginn des mit Energie Versorgens der Primärwicklung 2a erzeugt wird, um ein Entladen der Zündkerze 4 zu verhindern, d. h. eine Frühzündung.

Da das Entladen des Kondensators C verhindert wird, wird die Vorspannung an einen festen Wert gehalten, was verhindert, daß sich die Empfindlichkeit für ein Erfassen des Ionenstromes verschlechtert.

Es ist auch möglich, eine fehlerhafte Erfassung des Ionenstrom-Erfassungssignals I aufgrund eines verfrühten Entladens der Vorspannung VBi zu verhindern.

Die parallel mit dem Widerstand 12 verbundene Diode 13 ist mit ihrer Vorwärtsrichtung auf die Richtung des Sekundärstromes I2 gesetzt, der durch die Sekundärwicklung 2b zum Zeitpunkt fließt, wenn die Hochspannung für eine Zündung angelegt wird, so daß sie die Potentialdifferenz über dem Widerstand 12 während einer Zündsteuerung zurückhält.

Somit, da der sekundäre Strom I2 durch die Diode 13 fließt, wird die Strombegrenzungsfunktion des Widerstands 12 unwirksam gemacht, was ein Nichtverschlechtern der Zündeigenschaften bewirkt.

Wie oben beschrieben, verhindert das Hinzufügen der Strombegrenzungsvorrichtung 11 ein Frühzünden oder ein Abfallen der Vorspannung VBi. Dies macht es möglich, ein hochgenaues Ionenstrom-Erfassungssignal Ei zu erhalten, was hochzuverlässige Erfassungsergebnisse eines Verbrennungszustandes sicherstellt.

Die vorliegende Erfindung kann auch auf einen Verbrennungsmotor mit einem Hochspannungsverteilungssystem angewendet werden, bei dem ein Verteiler zwischen der Zündspule und jeder Zündkerze angeordnet ist.

Fig. 3 erläutert die Anwendung einer Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung auf eine Hochspannungs-Vierzylinder- Verteilungsvorrichtung. Gleiche Bauteile zu denen in Fig. 1 gezeigten werden mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und eine Beschreibung davon wird ausgelassen.

In Fig. 3 ist ein Verteiler 14 zwischen dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b und Zündkerzen 4A bis 4D bereitgestellt.

Der Verteiler 14 umfaßt: eine Zentralelektrode 15, die mit dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung 2b verbunden ist; eine Vielzahl von (in diesem Ausführungsbeispiel 4) peripheren Elektroden 16A bis 16D, die jeweilig mit den Zündkerzen 4A bis 4D von jedem Zylinder verbunden sind; eine Drehelektrode 17, die sich um die Zentralelektrode 15 dreht, wenn sich der Verbrennungsmotor dreht und welche aufeinanderfolgend den peripheren Elektroden 16A bis 16D mit einem dazwischen bereitgestellten Spalt gegenüberliegt; und vier Hochspannungsdioden 18A bis 18D, die jeweilig zwischen der zentralen Elektrode 15 und den jeweiligen peripheren Elektroden 16A bis 16D angeordnet sind, so daß der Ionenstrom i in der Vorwärtsrichtung fließt.

In diesem Fall wird die sekundäre Spannung, die an der Sekundärwicklung 2b auftritt, wenn der primäre Strom I1 abgeschaltet wird, an die jeweiligen Zündkerzen 4A bis 4D jedesmal dann verteilt, wenn die Drehelektrode 17 im Verteiler 14 einer der peripheren Elektroden 16A bis 16D gegenübersteht, wodurch ein Kraftstoffluftgemisch durch eine Funkenentladung verbrannt wird.

Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Aufmerksamkeit beispielsweise nur der Zündkerze 4A gilt, dann fließt der sekundäre Strom I2 entlang einem Pfad, der aus Masse, der Zündkerze 4A, der peripheren Elektrode 16A, der Drehelektrode 17, der Zentralelektrode 15, der Sekundärwicklung 2b, der Zenerdiode 6, der Diode 7 und der Masse in der genannten Reihenfolge besteht.

Dann, wenn der über die Zündkerze 4A nach einer Verbrennung fließende Strom bewirkt, daß die Klemmspannung Vc auf einen Wert fällt, der die vorhergehende Gleichung (2) erfüllt, fließt der Ionenstrom i über den Kondensator C (durch die gestrichelte Linie angezeigt) entlang eines Pfades, der aus der Masse, dem Widerstand R, dem Kondensator C, der Diode 5, der Sekundärwicklung 2b, der Zentralelektrode 15, der Diode 18A, der Zündkerze 4A und der Masse in der genannten Reihenfolge besteht. Der Widerstand R gibt das Ionenstrom- Erfassungssignal Ei aus, wie vorhergehend erwähnt.

Somit wird durch ein Hinzufügen der Dioden 18A bis 18D für ein Bewirken, daß der Ionenstrom i zwischen der zentralen Elektrode 15 und den peripheren Elektroden 16A bis 16D fließt, ermöglicht, daß die Erfindung auch auf den Verbrennungsmotor angewendet werden kann, bei dem eine Hochspannung verteilt wird, und die gleichen Betriebsvorgänge und Vorteile, wie die oben beschriebenen, werden erhalten.

Weiter wird sich keine Kostenerhöhung ergeben, da die einzige Zenerdiode 6 und die einzige Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10A von den Zündkerzen 4A bis 4D für jeden Zylinder geteilt werden kann.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann eine Gleichspannungsquelle anstatt des Kondensators und der Ladeschaltung des Kondensators D, wie vorhergehend beschrieben, verwendet werden.

Erfindungsgemäß kann auch in der Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung gemäß der Fig. 3 eine Strombegrenzungsvorrichtung 11 hinzugefügt werden.

Bisher wurde nur eine Zündkerze 4 repräsentativ für die Beschreibung verwendet; es ist jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch auf einen Verbrennungsmotor angewendet werden kann, der eine Vielzahl von Zündspulen und eine Vielzahl von Zündkerzen für jeden Zylinder aufweist.

Auch in einem solchen Fall kann die einzige Spannungsklemmvorrichtung, nämlich eine Zenerdiode 6 und eine einzige Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10A, durch die Vielzahl von Zündspulen und Zündkerzen für jeden Zylinder geteilt werden, was keine Erhöhung von Kosten bewirkt.

Fig. 4 erläutert die Anwendung einer Verbrennunszustands- Erfassungsvorrichtung auf eine Vierzylindermotor mit unabhängiger Zündung. Gleiche Bauteile, wie die in Fig. 1 gezeigten, werden mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird ausgelassen.

In Fig. 4 haben Zündspulen 2A bis 2D, die für die vier Zylinder bereitgestellt sind, den gleichen Aufbau; sie weisen jeweilig Primärwicklungen 2aA bis 2aD und Sekundärwicklungen 2dA bis 2dD auf.

In den Verbrennungskammern der vier Zylinder bereitgestellte Zündkerzen 4A bis 4D sind jeweilig mit den Hochspannungsenden der Sekundärwicklungen 2bA bis 2bD der Zündspulen 2A bis 2D verbunden.

Die Kathode einer Batterie 1 ist mit einem Ende der Sekundärwicklungen 2aA bis 2aD der Zündspulen 2A bis 2D verbunden; die anderen Enden der Primärwicklungen 2aA bis 2aD sind jeweilig mit den Kollektoren von Leistungstransistoren 3A bis 3D verbunden.

Die anderen Enden der Primärwicklungen 2aA bis 2aD sind alle über Dioden 19A bis 19D mit der Anode einer Diode 8 in einer Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10A verbunden.

Die Dioden 19A bis 19D dienen dazu, einen primären Strom I1, der durch die gegenelektromotorische Spannung bereitgestellt wird, die erzeugt wird, wenn die Leistungstransistoren 3A bis 3D groß AUS-geschaltet sind, in einen Kondensator C fließen zu lassen, um eine Vorspannung zu laden, und um das gegenseitige Interferieren von einem Sekundärstrom I2 von anderen Zündspulen zu verhindern.

Die Niedrigspannungsenden der Sekundärwicklungen 2bA bis 2bD der Zündspulen 2A bis 2D sind alle mit dem Verbindungspunkt einer Diode 5 und einer Zenerdiode 6 verbunden und sind über eine Spannungsklemmvorrichtung, bestehend aus der Zenerdiode 6 und einer Diode 7, geerdet.

Der Betrieb des in Fig. 4 gezeigten fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung wird nunmehr beschrieben.

Der Einfachheit halber wird ein Beispiel genommen, bei dem die Zündsteuerung unter Verwendung der Zündkerze 4A durchgeführt wird.

Die Leistungstransistoren 3A sind AN/AUS-geschaltet, um die Versorgung des Primärstroms I1 zu beginnen oder zu beenden; wenn der primäre Strom I1 abgeschaltet wird, tritt eine Primärspannung an dem Kollektor des Leistungstransistors 3A auf, und der primäre Strom I1 für ein Laden der Vorspannung fließt entlang eines Pfades, bestehend aus einer Diode 19A, der Diode 8, einem Widerstand 9, dem Kondensator C, einer Diode D und der Masse in der genannten Reihenfolge, wodurch der Kondensator C geladen wird.

Wenn die angesammelte Spannung des Kondensators C die vorbestimmte Vorspannung VBi erreicht, ist ein Laden des Kondensators C vervollständigt; danach fließt der primäre Strom I1 entlang eines Pfades, der aus der Diode 19A, der Diode 8, dem Widerstand 9, der Zenerdiode DZ, der Diode D und der Masse in der genannten Reihenfolge besteht.

An der Sekundärwicklung 2bA, die eine Zündsteuerung an der Zündkerze 4A ausführt, fließt der sekundäre Strom I2 durch die Zenerdiode 6, was die Klemmspannung Vc erzeugt, was die vorhergehende Gleichung (1) erfüllt.

Auf die Verbrennung folgend, sobald als die Klemmspannung Vc auf einen Wert fällt, der die Gleichung (2) erfüllt, fließt der Ionenstrom i über die Zündkerze 4A und die Ionenstrom- Erfassungsschaltung 10A, und das Ionenstrom-Erfassungssignal Ei wird ausgegeben.

Somit können, sogar wenn die Erfindung auf eine unabhängige Zündvorrichtung mit einer Vielzahl von Zylindern angewendet wird, die gleichen Betriebsvorgänge und Vorteile wie die der obigen Ausführungsbeispiele erzielt werden.

Ein hochgenaues Ionenstrom-Erfassungssignal Ei, das hochzuverlässige Erfassungsergebnisse eines Verbrennungszustandes des Verbrennungsmotors ermöglicht, kann ohne ein Hinzufügen von Kosten erzielt werden, indem die einzelne Zenerdiode 6 und die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10A mit allen Zündspulen 2A bis 2D für jeden Zylinder verbunden wird.

Eine Gleichspannungsquelle kann anstatt des Kondensators C und der Ladeschaltung des Kondensators C eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß kann auch bei der Verbrennungszustands- Erfassungsvorrichtung gemäß Fig. 4 eine Strombegrenzungsvorrichtung 11 hinzugefügt werden.

Claims (5)

1. Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, umfassend:
eine Zündspule (2), bestehend aus einem Transformator, der eine Primärwicklung (2a) und eine Sekundärwicklung (2b) aufweist, und der eine Hochspannung für eine Zündung am Hochspannungsende der Sekundärwicklung (2b) erzeugt, wenn die Versorgung eines Stromes zu der Primärwicklung (2a) abgeschaltet wird,
eine Zündkerze (4), die durch gegenüberliegende Elektroden dargestellt wird, die mit dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung (2b) verbunden sind, und die sich unter dem Anlegen der Hochspannung für eine Zündung entladen, um ein Kraftstoff-Luftgemisch in einem Zylinder des Verbrennungsmotors zu zünden,
eine Ionenstrom-Erfassungsschaltung (10A), die eine Vorspannungsvorrichtung einschließt, die mit dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung (2b) verbunden ist, und die einen Ionenstrom (i) erfaßt, der nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches von der Vorspannungsvorrichtung über die Zündkerze (4) fließt,
eine Gleichrichtervorrichtung (5), die zwischen die Vorspannungsvorrichtung und das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung (2b) eingefügt ist, so daß der Ionenstrom in einer Vorwärtsrichtung fließt,
eine Spannungsklemmvorrichtung, die zwischen das Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung (2b) und der Masse eingefügt ist, und
eine ECU (20), die den Verbrennungszustand an einer Zündkerze (4) in Übereinstimmung mit dem Ionenstrom (i) erfaßt,
wobei die Vorspannungsvorrichtung eine Vorspannung (VBi) mit einer der Hochspannung für eine Zündung entgegengesetzten Polarität über die Gleichrichtervorrichtung (5) und die Sekundärwicklung (2b) an die Zündkerze (4) anlegt, und
die Spannungsklemmvorrichtung die Spannung am Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung (2b) auf einen vorbestimmten Wert begrenzt, wenn die Hochspannung für eine Zündung auftritt, wobei der absolute Wert des vorbestimmten Wertes auf den absoluten Wert der Vorspannung (VBi) der Vorspannungsvorrichtung oder darüber gesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Strombegrenzungsvorrichtung zwischen die Verbindung der Gleichrichtervorrichtung (5) und der Spannungsklemmvorrichtung sowie dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklung (2b) eingesetzt ist.

2. Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strombegrenzungsvorrichtung den Strom steuert, der von der Vorspannungsvorrichtung über die Sekundärwicklung (2b) zu der Zündkerze (4) fließt, um so die Spannung zu steuern, die am Hochspannungsende der Sekundärwicklung (2b) zum Beginn des Versorgens eines Stromes zu der Primärwicklung (2a) auftritt.

3. Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strombegrenzungsvorrichtung einen Widerstand (12) und eine Diode (13) einschließt, die parallel mit dem Widerstand (12) verbunden ist, und
die Diode (13) die Richtung des sekundären Stromes (I2), der zum Zeitpunkt des Anlegens der Hochspannung für eine Zündung durch die Sekundärwicklung (2b) fließt, in die Vorwärtsrichtung setzt, um so die Potentialdifferenz über dem Widerstand (12) während einer Zündsteuerung zu unterdrücken.

4. Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, weiter einen Verteiler (14) umfassend, der zwischen das Hochspannungsende und die Sekundärwicklung (2b) und die Zündkerze (4A-4D) eingefügt ist, wobei der Verteiler (14) umfaßt,
ein Zentralelektrode (15), die mit dem Hochspannungsende der Sekundärwicklung (2b) verbunden ist,
eine Vielzahl von peripheren Elektroden (16A-16D), die jeweilig mit den Zündkerzen (4A-4D) von jeweiligen Zylindern verbunden sind,
eine Drehelektrode (17), die sich um die Zentraleleltrode (15) dreht, wenn sich der Verbrennungsmotor dreht, und die aufeinanderfolgend den peripheren Elektroden (16A-16D) mit einem Spalt dazwischen gegenüberliegt, und
eine Vielzahl von Hochspannungsdioden (18A-18D), die jeweilig zwischen der Zentralelektrode (15) und den jeweiligen peripheren Elektroden (16A-16D) bereitgestellt sind, um zu bewirken, daß der Ionenstrom (i) in der Vorwärtsrichtung fließt.

5. Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zündspulen (2A-2D) und die Zündkerzen (4A-4D) für die jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors bereitgestellt sind, und
die Spannungsklemmvorrichtung und die Ionenstrom- Erfassungsschaltung (10A) zusammen mit dem Niedrigspannungsende der Sekundärwicklungen (2bA-2bD) der jeweiligen Zündspulen (2A-2D) verbunden sind.