DE19781523C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Zündmodul und einer Steuereinheit in einem Zündsystem eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kommu­ nikation zwischen einem auf einem Verbrennungsmotor angebrach­ ten Zündmodul und der Steuereinheit eines Zündsystems des Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Kommunikation in einem solchen System gemäß dem Anspruch 5.

STAND DER TECHNIK

In Zündsystemen mit einer Detektion des Ionisationsgrades in der Brennkammer, vorzugsweise über den Elektrodenspalt (Funken­ strecke) der Zündkerze, kann eine Zahl von verbrennungsbezoge­ nen Parametern über den Ionisationsstrom detektiert werden. Bei den Systemen, die in Kraftfahrzeugen benutzt werden, z. B. in den SAAB 2, 3 Liter Vierzylinder-Benzinmotoren, wird ein den Ionisationsgrad betreffendes verstärktes analoges Signal von einem auf dem Motor angebrachten Zündmodul oder einer Zündkas­ sette zu der Steuereinheit des Zündsystems gesandt. Die Klopf­ intensität wird dann durch das Herausfiltern eines repräsenta­ tiven Frequenzanteils in Relation zu dem Klopfen in dem ver­ stärkten analogen Ionisationssignal in der Steuereinheit detek­ tiert.

Eine Gefahr bei diesen Systemen besteht darin, daß die analoge Information gegenüber Interferenzen empfindlich ist und daß ein großer Teil der Information, die in dem Ionisationssignal vorhanden ist, während der Verstärkung oder einer Signalverar­ beitung verloren werden kann, bevor das Signal zu der Steuer­ einheit gesandt wird.

Es wird daher vorgezogen, die Bestimmung der verschiedenen verbrennungsbezogenen Parameter so nahe wie möglich an dem Motor durchzuführen, z. B. in dem Zündmodul/Zündkassette. Solch eine Aufteilung des Systems stellt jedoch Anforderungen an die Übertragung der Information und die Aktivierung der verschiedenen Detektionsprozesse, wobei die Detektionsprozesse zu ver­ schiedenen Zeiten und in Abhängigkeit der momentanen Last und Drehzahl des Motors aktiviert werden müssen. Eine natürliche Anordnung wäre es daher, für jeden der verschiedenen zu über­ tragenden Parameter eine eigene Signalleitung zwischen der Steuereinheit und dem Zündmodul und eigene Signalleitungen für eine Aktivierung/Triggerung der Detektionsfunktionen einzufüh­ ren.

Aus der EP 0 188 180 B1 ist ein Zündmodul bekannt, das in Abhängigkeit von Betriebsparametern eines Kraftfahrzeuges Triggersignale ermittelt und zur Steuerung von Trennschaltern für Zündspulen ausgibt. Mittels einer Detektoreinrichtung wird für die einzelnen Zündspulen überprüft, ob ein Ionisationsstrom in den entsprechenden Zündkreisen vorliegt oder nicht. In Abhängigkeit dieser Überprüfungen werden Signale ausgegeben, die angeben, ob ein Ionisationsstrom detektiert wurde oder nicht. Ferner erzeugt dieses Zündmodul die zur Steuerung der Zündspulen erforderlichen Signale (Triggersignale) und Steuer­ signale, die die Detektionseinrichtung insbesondere zeitlich steuern.

Gemäß einer aus der DE 42 32 845 A1 bekannten Einrichtung zur Erfassung und Steuerung des Verbrennungszustandes in Verbren­ nungsmotoren werden Ionisationsströme von Zündspulen detektiert und ausgewertet. Hierbei werden detektierte und verarbeitete Ionisationsströme von Detektions- und Signalverarbeitungsein­ richtungen zu der Steuereinrichtung zurückgeführt, die darauf­ hin Triggersignale für die Zündspulen erzeugt. Die detektierten und verarbeiteten Ionisationsstromsignale werden von der Steu­ ereinrichtung ausgewertet, um den aktuellen Verbrennungszustand eines Verbrennungsmotors zu charakterisieren. Die Ergebnisse solcher Auswertungen werden auf einer Anzeigeeinrichtung ange­ zeigt, um eine Bedienungsperson über den Verbrennungszustand zu informieren, damit diese, falls erforderlich, geeignete Ein­ stellungen des Verbrennungsmotors vornehmen kann.

In der DE 41 05 399 A1 ist eine Zündanlage offenbart, die eine Steuereinheit und ein Zylindern zugeordnetes Zündmodul umfaßt. Signale der Steuereinheit, die angeben, welche der Zündspulen zu aktivieren ist, werden zu dem Zündmodul übertragen. Das Zündmodul erzeugt Signale, die für die einzelnen Zündspulen Zeitpunkte und Zeitperioden einer tatsächlichen Aktivierung angeben. Diese Signale werden zu der Steuereinheit zurücküber­ tragen, die diese zur Bewertung des Betriebs der Zündspulen auswertet.

Aus der DE 42 36 397 A1 ist eine Zündvorrichtung bekannt, bei der ein Steuergerät und ein Zündmodul über eine unidirektionale Leitung zur Übertragung eines steuerbaren Steuerstromes mitein­ ander verbunden sind.

Die DE 196 20 257 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Übertragung von Befehlen und Daten zwischen zwei Steuergeräten über eine einzelne bidirektionale Datenübertra­ gungsleitung.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Die Erfindung hat die Reduktion der Zahl der Leitungen zwischen einem auf einem Motor angebrachten Zündmodul und dessen Kon­ trolleinheit zur Aufgabe, wobei das Zündmodul lokal wenigstens einen der verbrennungsbezogenen Parameter auf der Basis des detektierten Ionisationsgrades in der Brennkammer bestimmen kann. Indem der Zahl der Leitungen verringert wird, kann das Zündsystem durch die Minimierung der Zahl der Kontaktpunkte zuverlässiger gemacht werden, wodurch auch eine Reduktion der Verkabelungskosten erreicht wird. Dies ist bei der Installation von Elektronik und zusätzlicher Verkabelungen besonders wich­ tig, insbesondere in der ungeschützten Umgebung in dem Motor­ raum eines Kraftfahrzeuges.

Ein weitere Aufgabe besteht darin, die Standardisierung des Zündmoduls zu ermöglichen, wobei das Zündmodul alle Einrichtun­ gen zur Bestimmung zumindest eines die Verbrennungsqualität betreffenden Signals und eines die Klopfintensität betreffenden Signals umfaßt, wobei jedoch alle Korrekturen und Einleitungen der Detektion in Übereinstimmung mit vorbestimmten Algorithmen in der Kontrolleinheit bestimmt werden. Dadurch kann jedes Zündsystem durch eine Modifikation in der Steuereinheit einfach verschiedenen Typen von Motoren angepaßt werden, das Zündmodul jedoch besteht aus einer standardisierter Einheit in dem Zünd­ system. Der Verbrennungsprozeß kann sich zwischen verschiedenen Verbrennungsmotoren unterscheiden, und die Anforderungen an die Verbrennungsqualität und den zulässigen Klopfpegel können sich ebenfalls zwischen verschiedenen Anwendungsformen unterscheiden. Dies macht es notwendig, die Detektionsstrategien ver­ schiedenen Typen von Motoren anzupassen.

Eine noch weitere Aufgabe einer bevorzugten Ausführungsform besteht darin, daß zumindest zwei Signalverarbeitungsstufen zumindest teilweise parallel aktiviert und zumindest teilweise parallel verschiedene verbrennungsbezogene Parameter auf den entsprechenden Kommunikationsleitungen übertragen werden kön­ nen.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind durch die kennzeichnenden Teile der Patentansprüche 1 und 5 gekennzeichnet.

Mittels der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es möglich, sowohl die Aktivierung einer Ionenstromanalyse als auch die Übertragung eines aus der Ionenstromanalyse be­ stimmten verbrennungsbezogenen Parameters unter Verwendung nur einer bidirektionalen Kommunikationsleitung durchzuführen. Dies reduziert die Zahl der Leitungen und Kontaktpunkte zwischen der Steuereinheit und dem Zündmodul, was die Zuverlässigkeit erhöht und die Kosten des Zündsystems verringert. Jede Leitung und jeder Kontaktpunkt stellt eine mögliche Fehlerquelle dar.

Andere besondere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den anderen kennzeichnenden Teilen der beigefügten Ansprüche und in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels angegeben. Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels erfolgt unter Bezugnahme auf die Figuren, die in der folgenden Figuren­ liste angegeben sind.

FIGURENLISTE

Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem auf dem Motor angebrachten Zündmodul und einer Steuereinheit, die in einem Abstand von dem Motor angebracht ist.

Fig. 2 zeigt ein Zündmodul für einen Vierzylinder-Ottomotor.

Fig. 3 zeigt zugehörige Schaltkreise, Schnittstellen für eine bidirektionale Kommunikation gemäß der Erfin­ dung.

Fig. 4 zeigt ein Signalstatusdiagramm für ein Triggersignal, ein Verbrennungsqualitätssignal und ein Klopfsignal in Abhängigkeit der Stellung des Motors (Kurbelwellengrad, CD).

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die Erfindung wird auf Verbrennungsmotoren 20 des Otto-Typs angewendet, s. Fig. 1, die zumindest mit einem auf dem Motor angebrachten Zündmodul, ICM (Ignition Control Module), und einer Kontrolleinheit, ECM (Engine Control Module), ausgestat­ tet sind. Die Steuereinheit ist in dem Kraftfahrzeug ange­ bracht, vorzugsweise in einem Abstand von dem Motor entweder an der Spritzwand im Motorraum oder geschützt im Inneren des Fahrgastraums befestigt. Der Verbrennungsmotor ist mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet, z. B.:

• - Ein in dem Ansaugrohr 21 angebrachter Lastsensor 12 (alternativ ein Gashebelstellungssensor).
• - Ein Motortemperatursensor 13.
• - Ein nahe dem Schwungrad 25 des Motors angebrachter Motorstel­ lungssensor 14, wobei eine Anzahl von Zähnen auf dem Schwungrad in einer inhärent bekannten Weise Pulse des Sensors 14 erzeu­ gen. Eine Reihe von Zähnen sind unterschiedlich geformt, wo­ durch die Motorstellung, d. h. die Drehstellungen der Kurbelwelle 26 und dadurch auch die Position der Kolben 23 in der Brennkammer 22 des Motors bestimmt werden können.

Die Sensoren 12-14 sind mit der Steuereinheit ECM verbunden, wodurch die Zündung, aber auch die Kraftstoffzufuhr, in Abhän­ gigkeit von der detektierten Motorlast, Motortemperatur, Stel­ lung und Drehzahl des Motors geregelt werden kann. In Abhängigkeit der detektierten Motorparameter steuert die Kon­ trolleinheit ECM über die Triggersignalleitungen T1-T4 den Zeitpunkt, zu dem das Zündmodul ICM einen Zündfunken erzeugen soll. Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Triggersignal­ leitungen sind vier einzelne Triggersignalleitungen für jede Zündspule. Die Zündspulen sind vorzugsweise direkt mit den jeweiligen Zündkerzen (s. Fig. 2) in einem Vierzylindermotor verbunden. Das Zündmodul wird über eine Doppelleitung P, G, die mit beiden Polen der Leistungsquelle verbunden ist, mit Strom versorgt. Die Kontrolleinheit ECM erhält ihren Strom ebenfalls über eine Leistungsquelle, vorzugsweise eine Batterie 10. Erfindungsgemäß umfaßt die Verkabelung L zwischen der Steuer­ einheit ECM und dem Zündmodul ICM zumindest eine bidirektionale Kommunikationsleitung K_KI oder K_CQ.

Fig. 2 zeigt die Struktur des Zündmoduls ICM für einen Vierzy­ linder-Ottomotor. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Detektionsschaltkreis 39a für zwei Zündschaltkreise 32a- 33a-34a-35a und 32b-33b-34b-35b benutzt. Diese Zündschaltkreise erzeugen den Zündfunken in den Zündkerzen 24a und 24b, die in zwei unterschiedlichen Zylindern angeordnet sind, deren Kolben eine Phasenverschiebung von 180 Kurbelwellengrad haben. Die Einheit 60a mit zwei Zündschaltkreisen und einem gemeinsamen Detektionsschaltkreis 39a ist identisch mit der anderen Einheit 60b, die den Zündfunken in den Zündkerzen 24c und 24d erzeugt.

Die Triggersignale T1-T4 gehen durch einen Prozessor CPU über die Signalleitungen t1-t4 zu den Primärschaltern 35a und 35b in der Einheit 60a und zu Primärschaltern 35c und 35d in der Einheit 60b. In jedem Zylinder 22 ist zumindest eine Zündkerze 24a-24b angeordnet. Die Funktion wird unter Bezugnahme auf die Erzeugung eines Zündfunkens in der Zündkerze 24a detaillierter beschrieben. Die Zündspannung wird in einer Zündspule 32a mit einer Primärwicklung 33a und einer Sekundärwicklung 34a er­ zeugt. Die Primärwicklung 33a ist an einem Ende mit einer Spannungsquelle P verbunden, und ein elektrisch gesteuerter Trennschalter (Schaltkreisunterbrecher) 35a ist in ihrem Masse­ schluß angeordnet. Indem der Prozessor auf dem Triggerausgang t1 den Trennschalter 35a in einen leitenden Zustand schaltet, beginnt eine Spannung durch die Primärwicklung 33a zu fließen, und wenn die Spannung unterbrochen wird, wird eine aufwärtstransformierte Zündspannung auf normale Weise in der Sekundärwicklung 34a der Zündspule 32a induziert und ein Zünd­ funke wird in dem Elektrodenspalt der Zündkerze erzeugt. Der Zeitpunkt, zu dem der Strom eingeschaltet wird und der Zeit­ punkt, zu dem der Strom durch den Trennschalter 35a ausgeschal­ tet wird, die sogenannte Verweilzeitregelung, wird in Überein­ stimmung mit einer zuvor im Speicher der Steuereinheit abge­ speicherten Zündwinkelkarte in Abhängigkeit der betreffenden Motorparameter gesteuert. Die Verweilzeitregelung gewährlei­ stet, daß der notwendige Primärstrom Zeit hat sich zu entwic­ keln, und daß der Zündfunke zu dem für den betreffenden Lastfall erforderlichen Zündzeitpunkt erzeugt wird.

Ein Ende der Sekundärseite ist mit der Zündkerze 24a verbunden und in ihrem anderen, mit der Masse verbundenen Ende befindet sich ein Detektionsschaltkreis 39a, der den Ionisationsgrad in der Brennkammer detektiert. Der Detektionsschaltkreis umfaßt einen Spannungsspeicher, hier in Form eines ladbaren Kondensa­ tors 40, der eine Vorspannung über den Elektrodenspalt der Zündkerze mit einer im wesentlichen konstanten Meßspannung anlegt. Der Kondensator entspricht einer gleichwertigen Lösung zu dem in EP 188180 B1 gezeigten Ausführungsbeispiels, in dem der Spannungsspeicher eine verstärkte/aufwärtstransformierte Spannung des Ladekreises in einem kapazitiven Zündsystem ist. In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Kondensator 40 bis zu einem Spannungspegel, der durch die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 41 gegeben ist, aufgeladen, wenn der Zündspannungspuls in der Sekundärwindung 34 induziert wird. Diese Durchbruchsspannung kann im Bereich zwischen 80 und 400 Volt liegen. Die Zenerdiode öffnet, wenn eine ausreichende Spannung erzeugt worden ist, um den Kondensator bis zu dem der Durchbruchsspannung der Zenerdiode entsprechenden Spannungspe­ gel aufzuladen. Eine andere inverse Schutzdiode 43 ist parallel zu dem Meßwiderstand 43 angeordnet, die in entsprechender Weise einen Schutz gegenüber Spannungen mit inverser Polarität zur Verfügung stellt. Der Strom, der in dem Kreis 24a-34-40/40-42- Masse fließt, kann dann über dem Meßwiderstand 42 detektiert werden, wobei der Strom von der Leitfähigkeit der Gase in der Brennkammer abhängt und die Leitfähigkeit proportional zum Ionisationsgrad in der Brennkammer ist.

Weil der Meßwiderstand 42 nächstliegend zu Masse verbunden wird, ist nur eine Verbindung in dem Meßpunkt 45 zu einer Signalverarbeitungseinheit 44 erforderlich, wobei diese Signal­ verarbeitungseinheit die Spannung über dem Widerstand 42 und in dem Meßpunkt 45 relativ zur Masse mißt. Durch ein Analysieren des Stromes durch oder alternativ der Spannung über dem Meßwi­ derstand ist es möglich, Klopfen oder vorzeitiges Zünden zu detektieren und es sollte möglich sein wie in der US-A- 4,535,740 beschrieben, das momentane Mischungsverhältnis von Luft und Kraftstoff während bestimmter Betriebsfälle durch ein Messen, wie lange der Ionisationsstrom einen bestimmten Pegel überschreitet, zu detektieren.

Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Signalverarbeitungsein­ heit 44 erzeugt in zwei parallelen Signalverarbeitungsstufen 52a, 53a und 52b, 53b ein Signal, das der Verbrennungsqualität, CQ/Combustion Quality, entspricht und ein Signal, das der Klopfintensität, KI/Knock Intensity, entspricht. Durch die Extraktion der für eine Klopfbedingung typischen Frequenzantei­ le wird aus einer Signalverarbeitungsstufe ein repräsentativer Wert einer Klopfbedingung erhalten. Dies wird in einem Band­ passfilter/BPF 52b durchgeführt, wobei die Mittenfrequenz des Bandpassfilters auf die Klopffrequenz eingestellt ist, die durch die Motorgeometrie vorgegeben ist. Für einen konventio­ nellen 2 Liter Vierzylinder-Ottomotor liegt die Mittenfrequenz typischerweise um 5 kHz.

Danach wird das bandpaßgefilterte Signal gleichgerichtet und in einem Integrator 53b integriert. Das Signal KI_DATA, das aus dem Integrator 53b erhalten wird, wird daher proportional zur Klopfintensität sein. In ähnlicher Weise wird ein für die Verbrennungsqualität repräsentativer Wert in einer zweiten Signalverarbeitungsstufe durch ein Ausblenden hochfrequenter Komponenten aus dem Ionenstromsignal erhalten. Dies wird in einem Tiefpassfilter 52a durchgeführt. Danach wird das Tiefpassignal in einem Integrator 53a integriert. Das Signal CQ_DATA, das aus dem Integrator 53 erhalten wird, wird daher proportional zur Verbrennungsintensität sein, die als Maß für die Verbrennungsqualität benutzt werden kann. Die Meßfenstersi­ gnale CQ_w und KI_w werden von dem Prozessor zu den entsprechen­ den Filtern 52a/52b gesandt, wenn die Filterung in den entsprechenden Filtern 52b und 52a eingeleitet werden soll. Die Meßfenstersignale aktivieren die Filter in dem Meßfenster, wobei das Meßfenster durch die Steuereinheit ECM in einer Weise gesteuert wird, die in Verbindung mit Fig. 4 detaillierter beschrieben wird.

Da die Signalverarbeitungseinheit 44 relativ teure Komponenten umfaßt, wird ein Umschalter 51 benutzt, der in Abhängigkeit von einem Signal auf eine Leitung SW von einem logischen Schalt­ kreis zwischen dem Detektionsschaltkreis 39a in der Einheit 60a und einem entsprechenden Detektionsschaltkreis 39b in der Einheit 60b umschaltet. Der Umschalter 51 ist in der Figur als ein relaisgesteuerter Trennschalter schematisch wiedergegeben, der unter Verwendung konventioneller IC-Schaltkreise mit einem durch den Prozessor CPU gesteuerten MUX (Multiplex)-Schaltkreis aufgebaut werden kann. Dies wird in Abhängigkeit der Triggersi­ gnale aus der Steuereinheit ECM durchgeführt. Wenn die Zündse­ quenz beendet ist, beginnt der Umschalter 51 so zu schalten, daß entweder das Signal auf einer Leitung J1 oder J2 mit der Signalverarbeitungseinheit 44 verbunden wird, abhängig davon, in welchem Zyklus die Verbrennung stattfindet. Bei der Zündse­ quenz 1-3-4-2 steht der Umschalter zuerst in der in der Figur gezeigten Position wenn der Zylinder 1 zündet, wonach der Umschalter während der Zeit, in der Zylinder 3 und 4 zünden, wechselt, um auf die gezeigte Position zurückzukehren, wenn Zylinder 2 zündet. Dies setzt voraus, daß die Zündkerze 24a im Zylinder 1, 24b im Zylinder 2, 24c im Zylinder 3 und 24d im Zylinder 2 ist.

Wenn die Zylinderidentifikation, d. h. die Bestimmung der Zündfolge, während des Starts des Motors mit einer Ionenstrom­ detektion stattfindet, wird im allgemeinen die Zündung in beiden Zylindern erzeugt, in denen die Kolben gleichzeitig den oberen Totpunkt erreichen, wenn ein Zylinder am Ende der Aus­ stoßphase und der andere Zylinder am Ende der Kompressionphase des Kraftstoff-Luftgemisches ist. Das Ionisationssignal aus dem Zylinder, in dem Verbrennung auftritt, wird erheblich höher, was zur Bestimmung der Zündfolge benutzt wird. Um zu gewährlei­ sten, daß die Zündfolge korrekt bestimmt wird, sind etwa zehn bestätigende Bestimmungen der Zündfolge erforderlich. Wenn ein Umschalter 51 gemäß Fig. 2 benutzt wird, muß der Umschalter in einer fixierten Position stehen, bis die Zündfolge bestimmt ist. Das impliziert, daß eine Reihe von Verbrennungen in dem Motor aktiviert werden muß, bis die Zündfolge eindeutig be­ stimmt ist, da nur Verbrennungen von zwei der vier Zylinder des Motors die Grundlage für die Bestimmung der Zündfolge darstel­ len. Sobald die Zündfolge bestimmt wurde, wird ein Funke nur in dem Zylinder erzeugt, in dem der Kolben das Ende des Kompressi­ onshubs erreicht, und der Umschalter 51 beginnt sich auf die Zylinder einzustellen, die sich in Zündungsposition befinden.

Der Prozessor umfaßt einen A/D-Wandler, in dem die analogen Signale KI_DATA und CQ_DATA in digitale Signale, vorzugsweise pulsweitenmodulierte (PWM-Modulation), umgewandelt werden. Erfindungsgemäß sendet der Prozessor CPU des Zündmoduls das mit der Klopfintensität korrespondierende Signal KI_DATA über einen Anpassungsschaltkreis 50b, in dem ein digitales Signal auf der Leitung P_OUT/KI mit einer Pulsweite ausgegeben wird, die propor­ tional zu dem analogen integrierten Wert aus dem Integrator 53b ist. In der gleichen Weise sendet der Prozessor CPU des Zündmo­ duls das der Verbrennungsqualität entsprechende analoge Signal CQ_DATA über einen Anpassungsschaltkreis 50a, in dem ein digita­ le Signal auf der Leitung P_OUT/CQ mit einer Pulsweite ausgegeben wird, die proportional zu dem integrierten Wert aus dem Inte­ grator 53a ist.

Die in dem Zündmodul enthaltenen Anpassungsschaltkreise 50a/50b sind in Fig. 3 wiedergegeben, und dieser Typ einer Anpassungs­ einheit ist an jedem Ende der Kommunikationsleitungen K_CQ und K_KI angebracht, d. h. Anpassungseinheiten 50c/50d in der Kontrolleinheit und Anpassungseinheiten 50a/50b in dem Zündmodul. Der Anpassungsschaltkreis ist ein active-low-Typ, in dem das Signal vorliegt, wenn der Signalpegel auf der K_CQ/K_KI-Leitung niedrig ist. K_CQ/K_KI ist über einen Widerstand R2 mit einer Versorgungsspannung VCC verbunden. Mit einer 5-Volt-Logik liegt VCC bei einem Spannungspegel von 5 Volt. Wenn beispielsweise das Zündmodul an seinem Ende seinen Ausgang P_OUT aktiviert, dann wird S1 in einen leitenden Zustand zurückgesetzt, wobei K_CQ/K_KI mit der Masse verbunden ist und einen low-active- Signalzustand einnimmt. Der niederpegelige Zustand auf K_CQ/K_KI wird durch die Steuereinheit in dem anderen Ende der Kommunika­ tionsleitung K_CQ/K_KI über deren Signaleingang PIN detektiert.

Ein Inverter INV invertiert das active-low-Signal auf K_CQ/K_KI in ein active-high-Signal für ECM und CPU. Die Funktion der Anpassungseinheit wird einschließlich einer Bezugnahme auf das in Fig. 4 gezeigte Signalstatusdiagramm detaillierter be­ schrieben. Zum Zeitpunkt A sendet die Steuereinheit ECM auf der Leitung t1 ein Signal, das über den Prozessor mit einem Signal auf der Leitung t1 den Primärschalter 35a für Zylinder 1 in einen leitenden Zustand schaltet. Dieses Signal veranlaßt des weiteren den Prozessor in dem Zündmodul, den aus der vorherigen Verbrennung erhaltenen Wert in die Integratoren 53a und 53b hinaufzusenden, was in Fig. 4 der von der Verbrennung in Zylinder 2 herrührenden Pulsweite CQ_cyl2 und KI_cyl2 entspricht. Die vorhergehende Verbrennung hat in einem Vierzylindermotor mit der Zündfolge 1-3-4-2 im Zylinder 2 stattgefunden. Die Pulsweiten von CQ_cyl2 und KI_cyl2 sind vorzugsweise proportional zu CQ_DATA und KI_DATA, die aus den von den zwei Signalverarbei­ tungsstufen 52a, 53a und 52b, 53b erhalten worden sind.

Zum Zeitpunkt B geht das Triggersignal auf der Leitung t1 in einen Tiefpegelzustand über, was den Primärschalter in einen nicht leitenden Zustand schaltet, wodurch der Funke erzeugt wird, was normalerweise einige Kurbelwellengrad CD vor dem oberen Totpunkt auftritt. Der obere Totpunkt für Zylinder 1 entspricht 0 CD auf der x-Achse in Fig. 4. Wenn eine Verbren­ nung beginnt, soll die Detektion der Verbrennungsqualität eingeleitet werden, die zum Zeitpunkt C gesteuert durch die Kontrolleinheit mittels einer Aktivierung des Meßfensters mit dem Signal CQ_w-cyl1, stattfindet. Die Steuereinheit ECM akti­ viert ihren Ausgang P_OUT, der S1 in einen leitenden Zustand setzt, wodurch K_CQ/K_KI mit Masse verbunden wird und einen low- active-Signalzustand einnimmt. Das Tiefpegelsignal in der Kommunikationsleitung K_CQ wird durch den Prozessor CPU des Zündmoduls auf dem Eingang P_IN/CQ detektiert, wobei der Prozes­ sor über die Signalleitung CQ_w den Filter 52a aktiviert.

Die für eine Klopfbedingung typischen Druckoszillationen treten immer zu einem späteren Zeitpunkt der Verbrennung auf. Die Steuerung des Klopfmeßfensters wird in ähnlicher Weise durchge­ führt. Wenn Klopfen auftreten kann, soll die Klopfdetektion eingeleitet werden, was zum Zeitpunkt D gesteuert durch die Steuereinheit mittels einer Aktivierung des Meßfensters mit dem Signal KI_w-cyl1 stattfindet. Die Steuereinheit ECM aktiviert ihren Ausgang P_OUT, was S1 in einen leitenden Zustand setzt, wodurch die Kommunikationsleitung K_KI mit Masse verbunden wird und einen low-active-Signalzustand einnimmt.

Das Tiefpegelsignal auf der Kommunikationsleitung K_KI wird von dem Prozessor CPU des Zündmoduls auf dem Eingang P_IN/KI detek­ tiert, wobei der Prozessor über die Signalleitung KI_w den Filter 52b aktiviert. Zum Zeitpunkt E schließt die Steuerein­ heit ECM das Meßfenster für Klopfen und Verbrennungsqualität durch Deaktivieren des entsprechenden Ausgangs P_OUT, wodurch K_KI und K_CQ einen high-nonactive-Signalzustand einnehmen.

Die Erfindung kann im Rahmen der beigefügten Ansprüche auf vielerlei Arten modifiziert werden. Die Anpassungskreise 50a/50b und 50c/50d in dem Zündmodul und der Steuereinheit können anstelle eines active-low-Typs auch ein active-high-Typ sein. Die aus dem Ionisationssignal bestimmten Parameter können mehr als zwei sein oder sich auf andere Kombinationen von zwei zumindest teilweise parallelen Messungen beziehen. Beispiels­ weise kann ein drittes Signal, das von der Dauer abhängt, die das Ionisationssignal einen vorbestimmten oder einen Motorparameter bezogenen Signalpegel überschritten hat, einen der in dem Ausführungsbeispiel angegebenen Parametern CQ oder K1 ersetzen oder alternativ diese ergänzen.

Der Verbrennungsmotor kann auch mehr oder weniger als 4 Zylin­ der haben, z. B. 2, 6, 8 oder 12 Zylinder. Bei bestimmten Moto­ ren ist es auch möglich, mehr als ein Zündmodul zu verwenden, z. B. bei V-Motoren, bei denen ein Zündmodul auf den entspre­ chenden Zylinderreihen angeordnet ist.

Die Signalverarbeitungseinheit 44 kann auch so aktiviert wer­ den, daß das Auslösungssignal CQ_w und KI_w direkt die Integrati­ on in den Stufen 53a und 53b startet und beendet. Das Zurücksetzen der Integratoren kann durch die CPU vorgenommen werden, beispielsweise in Abhängigkeit von CQ_DATA und KI_DATA, die durch den Prozessor CPU gesammelt werden.

Die Erfindung kann auch in Zündsystemen implementiert werden, deren Steuereinheit auf dem Motor angeordnet ist, bei denen jedoch ein Kabel die auf dem Motor befestigte Steuereinheit mit dem Zündmodul verbindet. Die Erfindung kann auch für kapazitive Zündsysteme verwendet werden, deren Primärschalter 35a/35b statt dessen über die Primärwicklung durch einen Kondensator entladen wird.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Kommunikation in einem Zündsystem eines Verbrennungsmotors zwischen zumindest einem auf dem Motor (20) angebrachten Zündmodul (ICM) und einer Steuereinheit (ECM), die von dem Zündmodul physikalisch getrennt, in einem Abstand zu dem Zündmodul angeordnet ist, wobei das auf dem Motor angeord­ nete Zündmodul Zündspulen (32a-32d) mit einer Primärwicklung (33a-33d) und einer Sekundärwicklung (34a-34d), wobei ein erstes Ende der Sekundärwicklung mit zumindest einer in einer Brennkammer (22) in dem Motor angeordneten Zündkerze (24a-24d) verbunden ist, sowie Trennschalter (35a/35b) umfaßt, die mit der Primärwicklung der Zündspule verbunden sind, die mittels der Steuereinheit (ECM) den Strom durch die Primärwicklung steuern und dadurch eine Zündspannung über dem Elektrodenspalt der Zündkerze induzieren kann, mit:
einem Kabel (L), das die Steuereinheit (ECM) und das Zündmo­ dul (ICM) verbindet,
zumindest einem Detektionsschaltkreis (39a, 39b), über den das andere Ende der Sekundärwicklung geerdet ist, wobei der Detektionsschaltkreis eine Spannungsquelle (40) mit einem im wesentlichen konstanten Spannungspegel umfaßt, der eine kon­ stante Meßspannung über den Elektrodenspalt der Zündkerze anlegt,
und einer Signalverarbeitungseinheit (44), die mit der Detek­ tionseinheit verbunden ist, wobei die Signalverarbeitungsein­ heit (44) Einrichtungen (52b, 53b/52a, 53a) zur Bestimmung zumindest eines Verbrennungsparameters (CQ, KI) aus dem detek­ tierten Ionisationsstrom in dem Meßspalt umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (ECM) mit dem Zündmodul (ICM) über das Kabel (L) kommuniziert, das umfaßt:
eine eigene Triggerleitung (T1, T2) für jeden Trennschalter (35a, 35b) in dem Zündmodul, und
eine eigene erste bidirektionale Kommunikationsleitung (K_CQ oder K_KI) für jedes Zündmodul, zur Aktivierung der Signalverar­ beitungseinheit (44) durch die Steuereinheit (ECM) und zur Übertragung von über den Detektionsschaltkreis (39) und die Signalverarbeitungseinheit (44) erhaltenen Informationen, die einen ersten verbrennungsbezogenen Parameter (CQ oder KI) betreffen, von dem Zündmodul zu der Steuereinheit, wobei die Aktivierung und die Übertragung der Information über die Kommu­ nikationsleitung sequentiell ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (ECM) mit dem Zündmodul (ICM) über das Kabel (L) kommuniziert, das umfaßt:
eine eigene erste bidirektionale Kommunikationsleitung (K_CQ) für jedes Zündmodul, und
eine eigene zweite bidirektionale Leitung (K_KI) für jedes Zündmodul, zur zumindest teilweisen parallelen Aktivierung von zwei Signalverarbeitungsstufen (52a, 53a und 52b, 53b) in der mit dem Detektionsschaltkreis verbundenen Signalverarbeitungs­ einheit (44) durch die Steuereinheit (ECM) und zumindest teil­ weisen parallelen Übertragung von in den entsprechenden Signalverarbeitungsstufen (52a, 53a und 52b, 53b) aus dem Verbrennungsprozeß erhaltenen Informationen, die erste und zweite verbrennungsbezogene Parameter (CQ und KI) betreffen, von dem Zündmodul zu der Steuereinheit, wobei die Informatio­ nen, und wobei die Aktivierung und die Übertragung der Informa­ tionen über die entsprechende Kommunikationsleitung sequentiell ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kommunikationsleitung (K_CQ/K_KI) mit ihrem erstem Ende über einen ersten Anpassungsschaltkreis (50c/50d) mit der Kontrolleinheit (ECM) und mit ihrem anderen Ende über einen zweiten Anpassungsschaltkreis (50a/50b) mit dem Zündmodul (ICM) verbunden ist,
jeder Anpassungsschaltkreis eine Steuerverbindung (P_OUT) zu der Steuereinheit und dem Zündmodul und einen Signaleingang (P_IN) zu der Steuereinheit und dem Zündmodul umfaßt,
jede Steuerverbindung (Pout) auf eine Aktivierung von der Steuereinheit über Schalteinrichtungen (S1) den Signalstatus auf der Kommunikationsleitung (K_CQ/K_KI) von einem ersten Sig­ nalpegel zu einem zweiten Signalpegel schaltet, und jeder Signaleingang (P_IN) den momentanen Signalpegel auf der Kommunikationsleitung (K_CQ/K_KI) detektiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (ECM) über die Steuerverbindung (P_OUT) für eine entsprechende Kommunikations­ leitung (K_CQ/K_KI) eine Signalverarbeitungsstufe (52a-43a und 52b-53b) in der Signalverarbeitungseinheit (44) aktiviert.

5. Verfahren zur Kommunikation in einem Zündsystem eines Verbrennungsmotors zwischen zumindest einem auf dem Motor (20) angebrachten Zündmodul (ICM) und einer Steuereinheit (ECM), die von dem Zündmodul physikalisch getrennt, in einem Abstand zu dem Zündmodul angeordnet ist, wobei das auf dem Motor ange­ brachte Zündmodul Zündspulen (32a-32d) mit einer Primärwicklung (33a-33d) und einer Sekundärwicklung (34a-34d), wobei ein erstes Ende der Sekundärwicklung mit zumindest einer in einer Brennkammer (22) in dem Motor angeordneten Zündkerze (24a/24b) verbunden ist, sowie mit der Primärwicklung der Zündspule verbundene Trennschalter (35a-35d) umfaßt, mittels derer die Steuereinheit (ECM) den Strom durch die Primärwicklung steuern und dadurch einen Zündfunken in dem Elektrodenspalt der Zünd­ kerze induzieren kann, mit:
einem Kabel (L), das die Steuereinheit (ECM) und das Zündmo­ dul (ICM) verbindet,
zumindest einem Detektionsschaltkreis über den das andere Ende der Sekundärwicklung (39a, 39b) geerdet ist, wobei die Detektionseinheit eine Spannungsquelle (40) mit einem im we­ sentlich konstanten Spannungspegel umfaßt, der eine konstante Meßspannung über dem Elektrodenspalt der Zündkerze anlegt, und einer Signalverarbeitungseinheit (44), die mit der Detektion­ seinheit verbunden ist, wobei die Signalverarbeitungseinheit (44) Einrichtungen (52b, 53b/52a, 53a) zur Bestimmung zumin­ dest eines Verbrennungsparameters aus dem in dem Meßspalt detektierten Ionisationsstrom umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (ECM) mit dem Zündmodul (ICM) über wenigstens eine für jedes Zündmodul eigene erste bidirektionale Kommunikationsleitung (K_CQ oder K_KI) kom­ muniziert,
wobei die erste bidirektionale Kommunikationsleitung benutzt wird, um von der Steuereinheit (ECM) die Signalverarbeitungs­ einheit zur Detektion eines ersten verbrennungsbezogenen Para­ meters (CQ oder KI) zu aktivieren und Informationen betreffend den ersten verbrennungsbezogenen Parameter (CQ oder KI) von dem Zündmodul zu der Steuereinheit zu übertragen, wobei die Akti­ vierung und die Übertragung der Informationen sequentiell und synchron mit der von der Steuereinheit eingeleiteten Induktion eines Zündfunkens sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die bidirektionale Kommunikation auf der Leitung in digitaler Form durchgeführt wird,
der Beginn der Detektion durch einen Übergang von einem ersten digitalen Signalpegel zu einem zweiten digitalen Signal­ pegel eingeleitet wird und die Dauer der Detektion direkt proportional zu der Pulsweite des digitalen Signals bei einem kontinuierlichen zweiten digitalen Signalpegel ist,
die Detektion durch den Übergang von dem zweiten digitalen Signalpegel zu dem ersten digitalen Signalpegel abgeschlossen wird,
Informationen, die den ersten verbrennungsbezogenen Parameter (CQ oder KI) betreffen, zeitlich getrennt von der Aktivierung der Detektion übertragen werden, und
eine Pulsweite mit einem kontinuierlichen zweiten digitalen Signalpegel proportional zu der Größe des ersten Verbrennungs­ parameters ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Übertragung der die Größe des ersten verbrennungsbezoge­ nen Parameters (CQ oder KI) betreffenden Informationen im wesentlichen synchron mit dem Schalten eines Primärschalters (35a-35d) in einen leitenden Zustand durch die Steuereinheit gesendet wird, und
die Detektion beginnt, nachdem der Primärschalter in einen nicht leitenden Zustand geschaltet wurde, was einen Zündfunken in dem Elektrodenspalt der Zündkerze induziert, wodurch eine Verbrennung eingeleitet wird.