DE19827221A1 - Burn control for IC engine - Google Patents
Burn control for IC engineInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine im Zusammenhang mit einer Zün dungsvorrichtung vorgesehene Ionenstromerfassungseinrich tung zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brenn kraftmaschine auf der Grundlage eines Ionenstroms innerhalb einer Verbrennungskammer.The invention relates to a in connection with a Zün tion device provided ion current detection device device for detecting the combustion state of a burner Engine based on an ion current within a combustion chamber.
Bei einer Brennkraftmaschine muß zur Verhinderung von Fehl zündungen und anormalen Verbrennungsphänomenen wie Klopfen und Vorentflammungen (pre-ignition, Frühzündungen) eine Re gelung durchgeführt werden. Gemäß einem vorgeschlagenen Verfahren zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine wird ein Ionenstrom innerhalb der Ver brennungskammer gemessen und der Verbrennungszustand auf der Grundlage des Ionenstroms erfaßt.In the case of an internal combustion engine, it must be used to prevent errors ignitions and abnormal combustion phenomena such as knocking and pre-ignition (pre-ignition) a re be carried out. According to a proposed Method for determining the combustion state of a Internal combustion engine will generate an ion current within the ver combustion chamber measured and the combustion state on based on the ion current.
Genauer wird, wenn an der Zündkerze ein Zündfunke erzeugt wird und das Luft-Brennstoffgemisch in der Verbrennungskam mer brennt, das Luft-Brennstoffgemisch ionisiert. Wenn das Gemisch im ionisierten Zustand ist, fließt ein Ionenstrom, falls eine Spannung an die Zündkerze angelegt wird. Anorma les Auftreten wie Klopfen, Vorentflammungen und Fehlzündun gen können durch Erfassung und Analysieren dieses Ionen stroms erfaßt werden.More precisely, if a spark is generated at the spark plug and the air-fuel mixture in the combustion chamber mer burns, the air-fuel mixture ionizes. If that Mixture is in the ionized state, an ion current flows, if a voltage is applied to the spark plug. Anorma Les occurrences such as knocking, pre-ignition and misfire gene by detecting and analyzing this ion currents are detected.
Die (dem US-Patent Nr. 5 271 268 entsprechende) japanische Offenlegungsschrift Nr. 4-194 367 offenbart beispielsweise eine derartige Ionenstromerfassungsvorrichtung. Bei dieser Vorrichtung wird ein Kondensator als Ionenstromerzeugungs quelle durch den Sekundärstrom, der bei Abschalten des Pri märstroms in der Zündspule fließt, auf eine gegebene Span nung aufgeladen. Danach wird ein Strom, der durch einen aus dem Kondensator, der Sekundärwicklung der Zündspule, der Zündkerze und einem Ionenstromerfassungswiderstand beste henden geschlossenen Stromkreis fließt, nach einer Zündfun kenentladung mittels einer Spannung über dem Ionenstromer fassungswiderstand gemessen. Dieser Aufbau bietet den Vor teil, daß die Größe und die Kosten verringert werden kön nen, da es keine Notwendigkeit zur Bereitstellung einer be sonderen Energieversorgung für die Ionenstromerfassung gibt.Japanese (corresponding to U.S. Patent No. 5,271,268) For example, laid-open publication No. 4-194 367 such an ion current detection device. At this Device becomes a capacitor as an ion power generation source through the secondary current, which when switching off the Pri current flows in the ignition coil, to a given span charge. After that, a current flows through one the capacitor, the secondary winding of the ignition coil, the Spark plug and an ion current detection resistor best closed circuit flows after an ignition func ken discharge by means of a voltage across the ion current resistance measured. This structure offers the advantage partly that the size and cost can be reduced as there is no need to provide a be special energy supply for ion current detection gives.
Falls bei einer Vorrichtung zur Erfassung des Ionenstroms unter Verwendung eines Teils des Zündspulen-Sekundärstroms wie bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung eine über mäßige Ladung in dem als Energieversorgung für die Ionen stromerfassung dienenden Kondensator gespeichert ist, ver ringert sich der Sekundärstrom, d. h. der Zündfunkenentla dungsstrom entsprechend, weshalb die Fähigkeit der Zündker ze zur Zündung des komprimierten Luft-Brennstoffgemischs sinkt.If in a device for detecting the ion current using part of the ignition coil secondary current as in the device described above a moderate charge in the as energy supply for the ions current-collecting capacitor is stored, ver the secondary current decreases, i.e. H. the spark discharge current accordingly, which is why the ability of the spark plug ze to ignite the compressed air-fuel mixture sinks.
Demgegenüber können, falls die als Ionenstrom zu verwenden de Ladung in dem Kondensator nicht ausreichend ist, wenn eine große Anzahl von Ionen durch Verbrennung erzeugt wer den, Ionen nicht in ausreichender Menge gefangen werden, was zu einer Verschlechterung des Ionenerfassungsverhaltens (Ionenstromerfassungsverhaltens) führt.In contrast, if that can be used as an ion current de charge in the capacitor is insufficient if a large number of ions are generated by combustion ions are not trapped in sufficient quantities, resulting in deterioration in ion detection behavior (Ion current detection behavior) leads.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ionen stromerfassungsvorrichtung bereitzustellen, die ein gutes Gemischzündungsverhalten und gleichzeitig ein gutes Ionen erfassungsverhalten erreicht.The invention is therefore based on the object of an ion to provide current sensing device which is a good one Mixture ignition behavior and at the same time a good ion detection behavior reached.
Diese Aufgabe wird durch die in den beiliegenden Patentan sprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved by the in the attached patent measures specified resolved.
Insbesondere wird zur Lösung der vorstehend genannten Auf gabe gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung eine Ionenstromerfassungsvorrichtung bereitgestellt, die einen Kondensator und eine in Durchlaßrichtung angeordnete Diode, die in Reihe in einem eine Zündkerze und eine Sekundärwick lung einer Zündspule enthaltenden Sekundärstrompfad einge fügt sind, eine parallel zu dem Kondensator geschaltete Zenerdiode zur Begrenzung der Ladespannung des durch den Sekundärstrom geladenen Kondensators auf einen bestimmten Wert, und einen Ionenstrom-Erfassungswiderstand aufweist, der parallel zu der in Durchlaßrichtung angeordneten Diode geschaltet ist, um einen Ionenstrom zu erfassen, der er zeugt wird, wenn Ionen in einem Zylinder durch die Verbren nung eines Luft-Brennstoffgemischs erzeugt werden und wenn die Ladespannung des Kondensators an die Zündkerze angelegt wird, wobei die Kapazität des Kondensators und die Zener spannung der Zenerdiode derart eingestellt sind, daß die in dem Kondensator gespeicherte Ladungsmenge stets gleich oder größer als die Ladungsmenge der Ionen wird, die in einem Maschinenbetriebsbereich erzeugt werden kann, in dem die Ionenstromerfassung auszuführen ist, und daß die Entla dungsenergie an der Zündkerze stets gleich oder größer als die zur Zündung des Luft-Brennstoffgemischs erforderliche Energie wird, wobei die Entladungsenergie durch Subtrahie ren der in dem Kondensator gespeicherten Energie von der in der Zündspule enthaltenen Energie vor Initialisierung der Zündfunkenentladung an der Zündkerze erhalten wird.In particular, the solution to the above according to a first embodiment of the invention Ion current detection device is provided which a Capacitor and a diode arranged in the forward direction, the in series in one a spark plug and a secondary wick development of an ignition coil containing secondary current path adds are connected in parallel to the capacitor Zener diode for limiting the charging voltage by the Secondary current charged capacitor to a specific Value, and has an ion current detection resistance, the parallel to the forward diode is switched to detect an ion current which he is witnessed when ions are burned in a cylinder generation of an air-fuel mixture and if the charging voltage of the capacitor is applied to the spark plug , the capacitance of the capacitor and the zener voltage of the Zener diode are set such that the in amount of charge stored in the capacitor is always the same or becomes larger than the amount of charge of the ions in a Machine operating area can be generated in which the Ion current detection is to be carried out, and that the discharge energy at the spark plug always equal to or greater than that required to ignite the air-fuel mixture Energy is being discharged through subtraction ren of the energy stored in the capacitor from the in the energy contained in the ignition coil before initialization of the Spark discharge is obtained on the spark plug.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist bei der Ionenstromerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausgestal tung vorzugsweise die Zenerspannung der Zenerdiode außerdem derart eingestellt, daß keine ungewollte Entladung an der Zündkerze während eines Ansaughubs auftritt.According to a second embodiment of the invention, the Ion current detection device according to the first embodiment device preferably also the Zener voltage of the Zener diode set so that no unwanted discharge at the Spark plug occurs during an intake stroke.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung erfüllen
bei der Ionenstromerfassungsvorrichtung gemäß der ersten
Ausgestaltung vorzugsweise die in der Zündspule vor Initia
lisierung einer Zündfunkenentladung enthaltene Energie E0,
die Kapazität C des Kondensators und die Zenerspannung VZ
der Zenerdiode die Beziehung
According to a third embodiment of the invention, the energy E 0 contained in the ignition coil before initiation of a spark discharge, the capacitance C of the capacitor and the Zener voltage V Z of the Zener diode preferably satisfy the relationship in the ion current detection device according to the first embodiment
0,15 µC/VZ ≦ C ≦ 2 × (E0 - 20 mJ)/VZ 2.0.15 µC / V Z ≦ C ≦ 2 × (E 0 - 20 mJ) / V Z 2 .
Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung erfüllt bei -
der Ionenstromerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausge
staltung vorzugsweise die Zenerspannung VZ der Zenerdiode
(6) die Bedingung
According to a fourth embodiment of the invention, the ion current detection device according to the first embodiment preferably fulfills the Zener voltage V Z of the Zener diode ( 6 )
VZ ≦ 1000 V.V Z ≦ 1000 V.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung nä her beschrieben. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to embodiments play nä with reference to the accompanying drawing described here. Show it:
Fig. 1 eine Darstellung des Schaltungsaufbaus einer Ionen stromerfassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a diagram showing the circuit configuration of the ion current detecting apparatus according to an embodiment,
Fig. 2 eine Darstellung zur Beschreibung des Flusses eines Ionenstroms, wenn an einer Zündkerze eine Zündfunkenentla dung auftritt, Fig. 2 is a diagram for describing the flow of ion current when a dung Zündfunkenentla occurs at a spark plug,
Fig. 3 eine Darstellung zur Beschreibung des Flusses eines Ionenstroms nach einer Zündfunkenentladung, Fig. 3 is a diagram for describing the flow of ion current for a spark discharge,
Fig. 4 ein Diagramm, das als Beispiel das Verhältnis zwi schen der Zündfunkenentladungsenergie (Abszisse) und des Zündungsverhaltens (Ordinate) bei niedriger Drehzahl und niedriger Maschinenlast veranschaulicht, Fig. 4 is a diagram Zvi as an example, the ratio of the rule Zündfunkenentladungsenergie (abscissa), illustrating the ignition behavior (ordinate) at a low rotational speed and low engine load,
Fig. 5 ein Diagramm, das als Beispiel das Verhältnis zwi schen der Drehzahl (Abszisse) und der Ladungsmenge der bei der Verbrennung eines Luft-Brennstoffgemischs erzeugten Io nen (Ordinate) veranschaulicht, und5 is a diagram showing the relationship Zvi rule as an example of the speed (abscissa) and the charge amount of the Io generated by the combustion of an air-fuel mixture NEN (ordinate) are exemplified., And
Fig. 6 ein Diagramm, das als Beispiel den berechneten ein stellbaren Bereich einer Kondensatorkapazität C und einer Zenerspannung VZ für den Fall darstellt, daß die in der Zündspule enthaltene Energie E0 25 mJ beträgt. Fig. 6 is a diagram showing, as an example, the calculated an adjustable range of a capacitor capacitance C and a Zener voltage V Z in the event that the energy contained in the ignition coil E 0 is 25 mJ.
Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Be zug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.Below are preferred embodiments under Be train described on the accompanying drawing.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung des Schaltungsaufbaus einer Ionenstromerfassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbei spiel. Fig. 2 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung des Flusses eines Entladungsstroms, wenn eine Zündfunkenentla dung an einer Zündkerze auftritt, und Fig. 3 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung des Flusses des Ionenstroms nach der Zündfunkenentladung. Ein Ende der Primärwicklung 1a einer Zündspule 1 ist mit der positiven Elektrode einer Batterie 2 verbunden, wohingegen das andere Ende der Pri märwicklung 1a mit dem Kollektor eines Transistors 3 als Schalteinrichtung verbunden ist. Der Emitter des Transi stors 3 ist geerdet, wobei ein Zündsignal an dessen Basis angelegt wird. Ein Ende der Sekundärwicklung 1b der Zünd spule 1 ist mit der Mittelelektrode 4a einer Zündkerze 4 verbunden. Die Außenelektrode 4b der Zündkerze 4 ist geer det. Fig. 1 shows an illustration of the circuit structure of an ion current detection device according to an exemplary embodiment. FIG. 2 is a diagram for describing the flow of a discharge current when spark discharge occurs on a spark plug, and FIG. 3 is a diagram for describing the flow of ion current after the spark discharge. One end of the primary winding 1 a of an ignition coil 1 is connected to the positive electrode of a battery 2 , whereas the other end of the primary winding 1 a is connected to the collector of a transistor 3 as a switching device. The emitter of the transistor 3 is grounded, with an ignition signal being applied to its base. One end of the secondary winding 1 b of the ignition coil 1 is connected to the center electrode 4 a of a spark plug 4 . The outer electrode 4 b of the spark plug 4 is geer det.
Ein Kondensator 5 als Ionenstromerzeugungsquelle ist mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung 1b der Zündspule 1 verbunden. Parallel zu diesem Kondensator 5 ist eine Zener diode (Spannungsregelungsdiode) 6 geschaltet, durch die die Spannung, auf die der Kondensator 5 durch den Zündspulen- Sekundärstrom geladen werden soll, auf einen bestimmten Wert begrenzt wird. Das andere Ende des Kondensators 5 ist über einen Ionenstrom-Erfassungswiderstand 8 und ebenfalls über eine Diode 7 geerdet, die derart angeordnet ist, daß sie Strom zur Erde durchläßt, das heißt, daß diese in bezug auf den Zündfunkenentladungsstrom in Durchlaßrichtung ange ordnet ist. Ein (nachstehend als Ionenstromausgangssignal bezeichnetes) Ausgangsspannungssignal der Ionenstromerfas sungsvorrichtung wird aus dem Knoten zwischen dem Kondensa tor 5 und dem Ionenstrom-Erfassungswiderstand 8 entnommen.A capacitor 5 as an ion power generation source is connected to the other end of the secondary winding 1 b of the ignition coil 1 . In parallel with this capacitor 5 , a zener diode (voltage regulation diode) 6 is connected, by means of which the voltage to which the capacitor 5 is to be charged by the ignition coil secondary current is limited to a specific value. The other end of the capacitor 5 is grounded via an ion current detection resistor 8 and also via a diode 7 which is arranged such that it passes current to earth, that is to say that it is arranged with respect to the spark discharge current in the forward direction. An output voltage signal (hereinafter referred to as an ion current output signal) of the ion current detection device is taken out from the node between the capacitor 5 and the ion current detection resistor 8 .
Nachstehend ist der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Ionen stromerfassungsvorrichtung beschrieben. Zunächst fließt, wenn das Zündsignal auf den hohen Pegel übergeht und der Transistor 3 eingeschaltet ist, durch die Primärwicklung 1a der Zündspule 1 ein Strom. Dann wird, wenn das Zündsignal auf den niedrigen Pegel eingestellt wird und der Transistor 3 abgeschaltet wird, der Primärstrom ausgeschaltet, was ei ne hohe Spannung in der Sekundärwicklung 1b der Zündspule 1 induziert, wodurch ein Zündfunke an der Zündkerze 4 erzeugt wird. Das heißt, daß, wenn eine hohe negative Spannung an die Mittelelektrode 4a der Zündkerze 4 angelegt wird, eine Zündfunkenentladung zwischen der Mittelelektrode 4a und der Außenelektrode (Masseelektrode) 4b auftritt, wobei ein Strom aus der Sekundärwicklung 1b der Zündspule 1 fließt und der Strom durch den Kondensator 5, die Zenerdiode 6, die Diode 7 und die Zündkerze 4 wie in Fig. 2 gezeigt zu der Sekundärwicklung 1b zurückfließt. Während dieses Vor gangs wird der Kondensator 5 auf eine Spannung aufgeladen, die gleich der Zenerspannung der Zenerdiode 6 ist.The operation of the ion current detection device shown in FIG. 1 will now be described. First, when the ignition signal changes to the high level and the transistor 3 is switched on, a current flows through the primary winding 1 a of the ignition coil 1 . Then, when the ignition signal is set to the low level and the transistor 3 is switched off, the primary current is switched off, which induces a high voltage in the secondary winding 1 b of the ignition coil 1 , whereby an ignition spark is generated at the spark plug 4 . This means that when a high negative voltage is applied to the center electrode 4 a of the spark plug 4 , a spark discharge occurs between the center electrode 4 a and the outer electrode (ground electrode) 4 b, with a current flowing from the secondary winding 1 b of the ignition coil 1 and the current through the capacitor 5 , the Zener diode 6 , the diode 7 and the spark plug 4 flows back to the secondary winding 1 b as shown in FIG. 2. During this before the capacitor 5 is charged to a voltage which is equal to the Zener voltage of the Zener diode 6 .
Wenn das Luft-Brennstoffgemisch innerhalb der Verbrennungs kammer verbrannt wird, nachdem es durch den Zündfunken an der Zündkerze 4 gezündet wurde, wird das Luft-Brenn stoffgemisch ionisiert. Wenn das Gemisch in dem ioni sierten Zustand ist, wird über den Zwischenraum zwischen den zwei Elektroden der Zündkerze 4 eine Leitfähigkeit bei behalten. Weiterhin wird durch die Ladespannung des Konden sators 5 eine Spannung zwischen den zwei Elektroden der Zündkerze 4 angelegt, weshalb ein Ionenstrom fließt. Dieser Ionenstrom fließt von einem Ende des Kondensators 5 zurück zu dessen anderem Ende, wobei er durch die Sekundärwicklung 1b der Zündspule 1, die Zündkerze 4 und den Ionenstrom- Erfassungswiderstand 8 wie in Fig. 4 gezeigt gelangt. Dann tritt eine Spannung gleich -(Ionenstromwert) × Erfassungs widerstandswert an dem Knoten zwischen dem Ionenstrom- Erfassungswiderstand 8 und dem Kondensator 5 auf, wobei diese Spannung als Ionenstromausgangssignal ausgegeben wird.When the air-fuel mixture is burned within the combustion chamber after being ignited by the spark on the spark plug 4 , the air-fuel mixture is ionized. When the mixture is in the ionized state, conductivity is maintained across the gap between the two electrodes of the spark plug 4 . Furthermore, a voltage is applied between the two electrodes of the spark plug 4 by the charging voltage of the capacitor 5 , which is why an ion current flows. This ion current flows from one end of the capacitor 5 back to its other end, passing through the secondary winding 1 b of the ignition coil 1 , the spark plug 4 and the ion current detection resistor 8 as shown in FIG. 4. Then, a voltage equal to - (ion current value) × detection resistance value occurs at the node between the ion current detection resistor 8 and the capacitor 5 , and this voltage is output as an ion current output signal.
Bei der vorstehend beschriebenen Schaltung wird ein Teil der vor Initialisierung der Zündfunkenentladung an der Zündkerze 4 in der Zündspule 1 enthaltenen Energie in dem Kondensator 5 gespeichert, wobei die restliche Energie als Zündfunkenentladungsenergie an der Zündkerze 4 verbraucht wird. Daher verringert sich die Zündfunkenentladungsener gie, wenn die Ladungsmenge in dem Kondensator 5 groß ist, weshalb sich das Zündungsverhalten der Zündkerze 4 zur Zün dung des Luft-Brennstoffgemischs verschlechtert.In the above described circuit, a part of the energy contained at the spark plug 4 in the ignition coil 1 before initialization of the spark discharge is stored in the capacitor 5, wherein the remaining power is consumed as Zündfunkenentladungsenergie at the spark plug. 4 Therefore, the spark discharge energy decreases when the amount of charge in the capacitor 5 is large, and therefore the ignition behavior of the spark plug 4 for ignition of the air-fuel mixture deteriorates.
Das heißt, daß, wenn die in der Zündspule 1 enthaltene
Energie als E0, die in dem Kondensator 5 enthaltene Energie
als EC und die Entladungsenergie an der Zündkerze 4 als ES
bezeichnet werden, die folgende Beziehung gilt.
That is, when the energy contained in the ignition coil 1 is designated as E 0 , the energy contained in the capacitor 5 as E C, and the discharge energy at the spark plug 4 as E S , the following relationship holds.
E0 EC + ES (1).E 0 E C + E S (1).
Dann kann, wenn die Kapazität des Kondensators 5 als C und
die zur Begrenzung der Ladespannung des Kondensators 5 ver
wendeten Zenerspannung der Zenerdiode 6 als VZ bezeichnet
wird, die in dem Kondensator 5 gespeicherte Energie als
Then, if the capacitance of the capacitor 5 as C and the ver used to limit the charging voltage of the capacitor 5 Zener voltage of the Zener diode 6 is referred to as V Z , the energy stored in the capacitor 5 as
EC = CVZ 2/2 (2)
E C = Z CV 2/2 (2)
ausgedrückt werden.be expressed.
Fig. 4 zeigt ein Kennliniendiagramm, das als Beispiel das
Verhältnis zwischen der Zündfunkenenergie (Abszisse) und
des Zündungsverhaltens (Ordinate) bei niedriger Drehzahl
und niedriger Maschinenlast veranschaulicht. Dabei ist das
Zündungsverhalten ein Parameter wie einer, der die Zün
dungswahrscheinlichkeit eines Luft-Brennstoffgemischs unter
einer gegebenen Maschinenbetriebsbedingung definiert. Das
Diagramm zeigt, daß zur Gewährleistung einer konstanten und
stabilen Zündung des Luft-Brennstoffgemischs die Entla
dungsenergie an der Zündkerze 4 innerhalb eines Bereichs
FIG. 4 shows a characteristic diagram which exemplifies the relationship between the spark energy (abscissa) and the ignition behavior (ordinate) at low engine speed and low engine load. The ignition behavior is a parameter like one that defines the ignition probability of an air-fuel mixture under a given engine operating condition. The diagram shows that to ensure a constant and stable ignition of the air-fuel mixture, the discharge energy at the spark plug 4 within a range
ES ≧ 20 mJ
E S ≧ 20 mJ
gehalten werden muß.must be kept.
Aus den Gleichungen (1), (2) und (3) geht hervor, daß zur
Gewährleistung eines guten Zündungsverhaltens die folgende
Bedingung erfüllt werden muß.
Equations (1), (2) and (3) show that the following condition must be met in order to ensure good ignition behavior.
C ≦ 2 × (E0 - 20 mJ)/VZ 2 (4).C ≦ 2 × (E 0 - 20 mJ) / V Z 2 (4).
Demgegenüber muß zur Erfassung von Ionen mit hoher Genauig keit in dem Kondensator 5 eine Ladungsmenge gespeichert werden, die höher als ein gewisser Betrag ist. Solange eine derartige Ladung nicht gespeichert wird, kann nicht der vollständige Ionenstrom erzeugt werden, der fließen sollte. Fig. 5 zeigt ein Kennliniendiagramm, das als Beispiel das Verhältnis zwischen der Maschinendrehzahl (Abszisse) und der Ladungsmenge der Ionen (Ordinate) veranschaulicht, die bei der Verbrennung eines Luft-Brennstoffgemischs erzeugt werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß der Ionenstrom zur Erfassung des Verbrennungszustands gemessen wird, die Maschinendrehzahl in einem Bereich von 2000 U/min bis 6000 U/min liegt. Zur genauen Erfassung zu allen Zeitpunkten innerhalb dieses Maschinenbetriebsbe reichs ist wie in dem Diagramm gezeigt eine Ladung von 0,15 µC erforderlich.In contrast, a quantity of charge which is higher than a certain amount must be stored in the capacitor 5 in order to detect ions with high accuracy. As long as such a charge is not stored, the full ion current that should flow cannot be generated. FIG. 5 shows a characteristic diagram which exemplifies the relationship between the engine speed (abscissa) and the charge quantity of the ions (ordinate) which are generated during the combustion of an air-fuel mixture. According to this embodiment, it is assumed that the ion current for measuring the combustion state is measured, the engine speed is in a range from 2000 rpm to 6000 rpm. For precise detection at all times within this machine operating range, a charge of 0.15 µC is required as shown in the diagram.
Falls die Ladungsmenge des Kondensators 5 geringer als 0,15 µC ist, wird der Kondensator während der ersten Hälfte des Ionenstromerfassungsvorgangs vollständig entladen, was dazu führt, daß in der zweiten Hälfte des Ionenstromerfassungs vorgangs keine Erfassung durchgeführt werden kann, weshalb das Problem auftritt, daß keine ausreichenden Informationen bezüglich des Verbrennungszustands aus dem Ionenstrom er halten werden können. Insbesondere wird bei Erfassung von Klopfen das Vorhandensein von Klopfen unter Verwendung ei nes für das Klopfen typischen hochfrequenten Schwingungsan teils erfaßt, das in der zweiten Hälfte des Ionenstromer fassungsvorgangs auftritt. Dabei kann dieser hochfrequente Schwingungsanteil nicht erfaßt werden, falls die Ladung des Kondensators nicht ausreichend ist.If the amount of charge of the capacitor 5 is less than 0.15 µC, the capacitor will be completely discharged during the first half of the ion current detection process, resulting in that no detection can be performed in the second half of the ion current detection process, and therefore the problem arises that insufficient information regarding the state of combustion from the ion current can be obtained. In particular, when knocking is detected, the presence of knocking is detected using a high-frequency vibration component typical of knocking, which occurs in the second half of the ion current detection process. This high-frequency oscillation component cannot be detected if the capacitor is not sufficiently charged.
Daher erfordert ein gutes Ionenstromerfassungsverhalten,
daß die in dem Kondensator gespeicherte Ladung CVZ inner
halb des Bereichs
Therefore, good ion current detection behavior requires that the charge CV Z stored in the capacitor be within range
CVZ ≧ 0,15 µC (5)
CV Z ≧ 0.15 µC (5)
liegt. Durch Umformung der Gleichung (5) wird
lies. By transforming equation (5)
0,15 µC/VZ ≦ C (6)
0.15 µC / V Z ≦ C (6)
erhalten. receive.
Dementsprechend muß anhand der Gleichungen (4) und (6) zwi
schen der Energie E0 der Zündspule, der Kapazität C des
Kondensators und die Zenerspannung VZ der Zenerdiode die
Beziehung
Accordingly, the relationship between equations (4) and (6) between the energy E 0 of the ignition coil, the capacitance C of the capacitor and the Zener voltage V Z of the Zener diode
0,15 µC/VZ ≦ C ≦ 2 × (E0 - 20 mJ)/VZ 2 (7)
0.15 µC / V Z ≦ C ≦ 2 × (E 0 - 20 mJ) / V Z 2 (7)
gelten, um gleichzeitig ein gutes Zündungsleistungsverhal ten und ein gutes Ionenerfassungsverhalten zu erhalten.apply to at the same time good ignition performance and good ion detection behavior.
Dabei ist die Ladespannung des Kondensators 5 gleich der Zenerspannung VZ der Zenerdiode 6, wobei diese Spannung zwischen den zwei Elektroden 4a und 4b der Zündkerze 4 je derzeit auftreten kann, selbst wenn keine Auftreten der Zündung zu erwarten ist. Bei hohen Drehzahlen und Bedingun gen mit niedriger Maschinenlast steigt der Unterdruck wäh rend des Ansaughubs an, was die Neigung zum Auftreten einer Entladung an der Zündkerze 4 stark verringert. In dieser Situation kann eine Entladung an der Zündkerze 4 auftreten, falls die Ladespannung des Kondensators 5 hoch ist, was zu einer Situation führt, in der die Verbrennung des Gemischs stattfindet, wenn die Verbrennung nicht stattfinden sollte.The charging voltage of the capacitor 5 is equal to the Zener voltage V Z of the Zener diode 6 , this voltage between the two electrodes 4 a and 4 b of the spark plug 4 can currently occur, even if the ignition is not expected to occur. At high speeds and conditions with low engine load, the vacuum increases during the intake stroke, which greatly reduces the tendency for a discharge to occur at the spark plug 4 . In this situation, a discharge can occur at the spark plug 4 if the charging voltage of the capacitor 5 is high, which leads to a situation in which the combustion of the mixture takes place if the combustion should not take place.
Daher ist es vorzuziehen, eine obere Grenze für die Zener
spannung VZ einzustellen, um das Auftreten einer ungewoll
ten Entladung an der Zündkerze während des Ansaughubs zu
verhindern. Mittels eines Versuchs wurde herausgefunden,
daß die Bedingung
Therefore, it is preferable to set an upper limit for the Zener voltage V Z to prevent the occurrence of an unwanted discharge at the spark plug during the intake stroke. It was found through an experiment that the condition
VZ ≦ 1000 V
V Z ≦ 1000 V
eingehalten werden muß, um eine derartige ungewollte Entla dung zu verhindern. must be adhered to in order to avoid such an unwanted discharge prevent dung.
Zusammenfassend bedeutet das, daß, falls die Kondensatorka pazität C und die Zenerspannung VZ innerhalb eines Wertebe reichs eingestellt werden, der die vorstehenden Gleichungen (7) und (8) erfüllt, nicht nur ein gutes Zündungsverhalten und ein gutes Ionenerfassungsverhalten gleichzeitig erhal ten werden kann, sondern ebenfalls ein Auftreten einer un gewollten Entladung an der Zündkerze während des Ansaughubs verhindert werden kann.In summary, this means that if the capacitor capacitance C and the Zener voltage V Z are set within a range of values which satisfy the above equations (7) and (8), not only good ignition behavior and good ion detection behavior can be obtained at the same time , but also an occurrence of an unwanted discharge on the spark plug during the intake stroke can be prevented.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das als Beispiel den berechneten einstellbaren Bereich der Kondensatorkapazität C und der VZ für den Fall darstellt, daß die in der Zündspule enthaltene Energie E0 25 mJ beträgt. Das heißt, daß die die Bedingung zur Sicherung des erforderlichen Zündungsverhaltens ein stellende Gleichung (4) dem Bereich unter der Kurve L1 in dem Diagramm entspricht, wohingegen die die Bedingung zur Sicherung des erforderlichen Ionenerfassungsverhaltens ein stellende Gleichung (6) dem Bereich über der Kurve L2 in dem Diagramm entspricht. Weiterhin entspricht die die Be dingung zur Verhinderung einer unerwarteten Entladung wäh rend des Ansaughubs einstellende Gleichung (8) dem Bereich links von der geraden Linie L3 bei VZ = 1000 V. Daher defi niert der schraffierte Bereich in dem Diagramm den ein stellbaren Bereich der Kondensatorkapazität C und der Ze nerspannung VZ. FIG. 6 shows a diagram which shows, as an example, the calculated adjustable range of the capacitor capacitance C and the V Z in the event that the energy E 0 contained in the ignition coil is 25 mJ. That is, the equation (4) that sets the condition to ensure the required ignition behavior corresponds to the area under the curve L1 in the diagram, whereas the equation (6) that sets the condition to ensure the required ion detection behavior corresponds to the area above the curve L2 corresponds in the diagram. Furthermore, the equation (8) setting the condition for preventing an unexpected discharge during the suction stroke corresponds to the area to the left of the straight line L3 at V Z = 1000 V. Therefore, the hatched area in the diagram defines the adjustable area of the capacitor capacity C and the voltage Z Z.
Wie vorstehend beschrieben kann gemäß dem Ausführungsbei spiel bei einer Vorrichtung zur Erfassung des Ionenstroms unter Verwendung eines Teils des Zündspulen-Sekundärstroms ein gutes Zündungsleistungsverhalten und ein gutes Ionener fassungsverhalten gleichzeitig erreicht werden.As described above, according to the embodiment game in a device for detecting the ion current using part of the ignition coil secondary current good ignition performance and a good ionizer can be achieved at the same time.
Vorstehend wurde eine Ionenstromerfassungsvorrichtung of fenbart, die gleichzeitig ein gutes Gemischzündungsverhal ten und ein gutes Ionenerfassungsverhalten erreicht. Die Kapazität C eines Kondensators 5 und die Zenerspannung VZ einer Zenerdiode 6 sind derart eingestellt, daß die in dem Kondensator gespeicherte Ladungsmenge stets gleich oder größer als die Ladungsmenge der Ionen wird, die in einem Maschinenbetriebsbereich erzeugt werden kann, in dem die Ionenstromerfassung auszuführen ist, und daß die Entla dungsenergie an der Zündkerze stets gleich oder größer als die zur Zündung des Luft-Brennstoffgemischs erforderliche Energie wird, wobei die Entladungsenergie durch Subtrahie ren der in dem Kondensator gespeicherten Energie von der in der Zündspule enthaltenen Energie vor Initialisierung der Zündfunkenentladung an der Zündkerze erhalten wird.An ion current detection device has been disclosed above which simultaneously achieves good mixture ignition behavior and good ion detection behavior. The capacitance C of a capacitor 5 and the zener voltage V Z of a zener diode 6 are set such that the amount of charge stored in the capacitor always becomes equal to or greater than the amount of charge of the ions that can be generated in a machine operating range in which the ion current detection is to be carried out , and that the discharge energy at the spark plug is always equal to or greater than the energy required to ignite the air-fuel mixture, the discharge energy by subtracting the energy stored in the capacitor from the energy contained in the ignition coil before initializing the spark discharge at the Spark plug is obtained.
Claims (4)
gekennzeichnet durch
einen Kondensator (5) und eine in Durchlaßrichtung an geordnete Diode (7), die in Reihe in einem eine Zündkerze (4) und eine Sekundärwicklung (1b) einer Zündspule (1) ent haltenden Sekundärstrompfad eingefügt sind,
eine parallel zu dem Kondensator (5) geschaltete Zenerdiode (6) zur Begrenzung der Ladespannung des durch den Sekundärstrom geladenen Kondensators auf einen bestimm ten Wert, und
einen Ionenstrom-Erfassungswiderstand (8), der paral lel zu der in Durchlaßrichtung angeordneten Diode (7) ge schaltet ist, um einen Ionenstrom zu erfassen, der erzeugt wird, wenn Ionen in einem Zylinder durch die Verbrennung eines Luft-Brennstoffgemischs erzeugt werden und wenn die Ladespannung des Kondensators an die Zündkerze angelegt wird,
wobei die Kapazität des Kondensators und die Zener spannung der Zenerdiode derart eingestellt sind, daß die in dem Kondensator gespeicherte Ladungsmenge stets gleich oder größer als die Ladungsmenge der Ionen wird, die in einem Maschinenbetriebsbereich erzeugt werden kann, in dem die Ionenstromerfassung auszuführen ist, und daß die Entla dungsenergie an der Zündkerze stets gleich oder größer als die zur Zündung des Luft-Brennstoffgemischs erforderliche Energie wird, wobei die Entladungsenergie durch Subtrahie ren der in dem Kondensator gespeicherten Energie von der in der Zündspule enthaltenen Energie vor Initialisierung der Zündfunkenentladung an der Zündkerze erhalten wird.1. Ion current detection device
marked by
a capacitor ( 5 ) and an in the forward direction to ordered diode ( 7 ), which are inserted in series in a spark plug ( 4 ) and a secondary winding ( 1 b) of an ignition coil ( 1 ) containing secondary current path,
a Zener diode ( 6 ) connected in parallel with the capacitor ( 5 ) to limit the charging voltage of the capacitor charged by the secondary current to a specific value, and
an ion current detection resistor ( 8 ) which is connected in parallel with the forward diode ( 7 ) to detect an ion current generated when ions are generated in a cylinder by the combustion of an air-fuel mixture and when the charging voltage of the capacitor is applied to the spark plug,
the capacitance of the capacitor and the Zener voltage of the Zener diode are set such that the amount of charge stored in the capacitor always becomes equal to or greater than the amount of charge of the ions that can be generated in a machine operating range in which the ion current detection is to be performed, and that the discharge energy at the spark plug is always equal to or greater than the energy required to ignite the air-fuel mixture, the discharge energy being obtained by subtracting the energy stored in the capacitor from the energy contained in the ignition coil before initializing the spark discharge at the spark plug .
0,15 µC/VZ ≦ C ≦ 2 × (E0 - 20 mJ)/VZ 2
erfüllen.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the energy contained in the ignition coil ( 1 ) before initialization of a spark discharge E 0 , the capacitance C of the capacitor ( 5 ) and the Zener voltage V Z of the Zenerdi ode 6 the relationship
0.15 µC / V Z ≦ C ≦ 2 × (E 0 - 20 mJ) / V Z 2
fulfill.
VZ ≦ 1000 V
erfüllt.4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the Zener voltage V Z of the Zener diode ( 6 ) the condition
V Z ≦ 1000 V
Fulfills.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP19447897A JPH1137031A (en) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | Ion current detecting device |
Publications (1)
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|---|---|
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ID=16325219
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| DE19912376C2 (en) * | 1999-03-19 | 2003-10-23 | Bremi Auto Elek K Ernst Bremic | Ionenstrommeßgerät |
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