DE19842148A1 - System zum Glühen und Ionenstrom-Messen und Ionenstrom-Glühkerzen für dieses System - Google Patents

System zum Glühen und Ionenstrom-Messen und Ionenstrom-Glühkerzen für dieses System

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Abstract

Ionenstrom-Meßglühkerze mit elektrischem Anschluß für den Glühstrom eines Heizelements, das in einem Glührohr brennraumseitig angeordnet ist, wobei das Glührohr in einem Kerzengehäuse, gegenüber diesem isoliert, angeordnet ist, und wobei das Kerzengehäuse mit dem Motorblock in elektrischer Verbindung steht, wobei im anschlußseitigen Bereich der Kerze ein Halbleiterschalter 8 integriert oder modular angeordnet ist, der von einem Steuersignal angesteuert wird und den zweiten Anschluß des Heizelements 3 über das Kerzengehäuses 4 an den Motorblock Masse schaltet.

Description

Die Ionenstrom-Messung im Brennraum eines Zylinders liefert verschiedene Informationen über den Verlauf der Verbrennung. In einem Motor mit mehreren Zylinders kann man in einem, in mehreren oder in allen Zylindern diese Ionenstrom-Messung durchführen. Ein System zum Glü­ hen und Ionenstrom-Messen benötigt spezielle Glühkerzen und ein spezielles Steuergerät, das nicht nur wie bisher den Glühvorgang steuert sondern auch eine Hilfsspannung UH zur Verfü­ gung stellt, die an die Glühkerzen angelegt werden kann, und die Ionenstrom-Messung durch­ führt. Die Glühkerzen müssen so gestaltet sein, daß sie zumindest im Bereich der Glühkerzen­ spitze eine Meßelektrode darstellen, an die eine Hilfsspannung UH angelegt werden kann. Diese Spannung liegt dann zwischen der Elektrode und der Zylinderinnenwand. Werden nun durch den Verbrennungsvorgang Ionen erzeugt, kommt es zu einem Stromfluß. Dessen Verlauf läßt Rückschlüsse auf den Verbrennungsvorgang im Zylinder zu. Vorzugsweise bildet man die Glüh­ kerze so aus, daß Teile des in den Zylinder hineinragenden Heizers auch als Elektrode benutzt werden können. D. h. Heizer und Elektrode sind elektrisch miteinander verkoppelt.
Zur Erläuterung werden im folgenden ein System aus dem Stand der Technik und das erfin­ dungsgemäße System anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben, wobei die Bezugszeichen folgende Bedeutung besitzen:
(1) Glühkerze mit elektrisch isoliertem Heizer
(2) Elektrode für Ionenstrom-Messung, kann als geschlossenes Rohr ausgebildet sein und den Heizer (3) enthalten
(3) Heizer, einseitig an einer beliebigen Stelle elektrisch mit der Elektrode (2) verbunden
(4) Kerzenkörper, elektrisch gegen Elektrode (2) isoliert
(5) elektrische Isolierung
(6) elektrischer Anschluß, Hochstromkontakt
(7) Halbleiterschalter, z. B. n-Kanal MOS-FET-Transistor
(8) Spannungs-Auswerteschaltung
(9) Masseverbindung des Kerzenkörpers (4) zum Motorblock
(10) Steuergerät
(11) Versorgungsspannungsanschluß UB, Stromzufuhr
(12) Masseanschluß, Stromabfuhr
(13) Glühkerzenanschluß, Strom zur Glühkerze
(14) Glühkerzenanschluß, Stromrückfluß von Glühkerze
(15) Steuereinheit
(16) Schaltstufe für Glühstrom IGK
(17) Schaltstufe für Ionenstrom-Messung
(18) Steuersignal für Funktion "Glühen"
(19) Steuersignal für Funktion "Ionenstrom-Messen"
(20) Hilfsspannungserzeugung UH
Ein vorbekanntes übliches System (Fig. 1) besteht aus einer Anzahl NZ von Glühkerzen (1) und einem Steuergerät (10); NZ ist die Anzahl der Zylinder des jeweiligen Motors. Um eine, meh­ rere oder alle NZ Glühkerzen (1) zur Ionenstrom-Messung einsetzen zu können, werden spezi­ elle Ionenstrom-Meßglühkerzen benötigt, bei denen die Elektrode (2) und der Heizer (3) elek­ trisch gegen den Kerzenkörper (4) isoliert sind. Derartige Glühkerzen weisen zwei elektrische Anschlüsse (6) auf, mit denen die Glühkerzen mit einem Steuergerät (10) verbunden werden.
Das Steuergerät (10) enthält eine Steuereinheit (15), die alle Funktionen steuert; vorzugsweise wird hier ein Mikroprozessor zum Einsatz kommen. An das Steuergerät (10) können NZ Glüh­ kerzen (1) angeschlossen werden. Für jede Glühkerze (1) ist eine Schaltstufe für den Glühstrom IGK (16) und zusätzlich, wenn mit der Glühkerze auch Ionenstrom-Messung durchgeführt werden soll, eine Schaltstufe für die Ionenstrom-Messung (17) vorgesehen. Jede auch zur Ionenstrom- Messung eingesetzte Glühkerze (1) wird über zwei Anschlüsse (13) und (14) an die beiden Schaltstufen (16) und (17) angeschlossen. Jede Schaltstufe wird durch ein Steuersignal für Funktion "Glühen" (18) bzw. Steuersignal für Funktion "Ionenstrom-Messen" (19) angesteuert. Während der Ionenstrom-Messung ist die Funktion "Glühen" inaktiv. Die Schaltstufe (16) trennt die Glühkerze (1) galvanisch von dem Versorgungsspannungsanschluß (11) und dem Mas­ seanschluß (12); gleichzeitig wird über die Schaltstufe (17) eine Hilfsspannung UH für die Ionen­ strom-Messung an die als Meßelektrode geschaltete Glühkerze (1) angelegt und die Ionen­ strom-Messung durchgeführt.
Während des Glühvorganges fließt durch jede Schaltstufe (16) und jede Glühkerze (1) der Strom IGK. Für die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ergibt sich beispielhaft der folgende Strompfad:
(11) → (16) → (13) → (6) → (3) → (2) → (6) → (14) → (16) → (12)
Vor allem, wenn alle Glühkerzen (1) auch zur Ionenstrom-Messung eingesetzt werden, bedeutet dies, daß über den Versorgungsspannungsanschluß (11) und den Masseanschluß (12) ein Vielfaches des Stromes IGK fließt, nämlich ein um den Faktor NZ, Anzahl der Zylinder, erhöhter Strom NZ.IGK. Daraus resultiert eine sehr hohe Strombelastung dieser beiden Anschlüsse. Z. B. ergibt sich für eine 8-Zylinder-Motor bei einem Glühkerzenstrom IGK = 30 A ein Gesamtstrom von 240 A durch die beiden Anschlüsse (11) und (12).
Der oben beschriebene konventionelle Systemaufbau für Glühen und Ionenstrom-Messung weist mehrere gravierende Mängel auf:
  • - Die zur Ionenstrom-Messung verwendeten Glühkerzen müssen zweipolig angeschlossen werden; an der Glühkerze wird ein neues Stecksystem erforderlich. Ein entsprechender Steckverbinder muß zwei Hochstromkontakte ausweisen und ist damit deutlich teurer als die einpolige Ausführung.
  • - Das Aufstecken eines zweipoligen Gegensteckers auf die im Motorblock montierte Glüh­ kerze ist aufwendiger als das Stecken eines rotationssymmetrischen Steckers.
  • - Die Rückführung des Glühkerzenstromes zum Steuergerät erfordert eine zweite Hoch­ stromleitung mit großem Kabelquerschnitt mit einem entsprechenden Steckanschluß am Steuergerät: Mehrkosten im Steuergerät und durch die zusätzlichen Kabel.
  • - Die zweite Hochstromleitung erhöht zusammen mit den sich ergebenden zusätzlichen Kontaktstellen die unerwünschten Übergangswiderstände und reduziert so die Spannung an der Glühkerze.
  • - Im Steuergerät ist zusätzlich zu dem schon immer vorhandenen Hochstromanschluß in der Plus-Leitung (Strombelastung: Summe aller Glühkerzen-Ströme), der meist als Schraubanschluß ausgeführt ist, ein weiterer Hochstromanschluß in der Minus-Leitung erforderlich: Mehrkosten und Mehraufwand bei der Montage.
Diese Nachteile werden durch den im folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen System­ aufbau überwunden; es wird anhand der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 2 be­ schrieben.
Das System besteht aus einem Steuergerät (10) und einer Anzahl NZ Glühkerzen; NZ ist die Anzahl der Zylinder des jeweiligen Motors. Eine, manche oder alle Glühkerzen sind spezielle Ionenstrom-Meßglühkerzen (1) mit integriertem elektronischem Schalter, die nur einpolig mit dem Steuergerät (10) verbunden werden. Der elektronische Schalter kann auch in einem Modul enthalten sein, das auf die Glühkerze aufgesteckt wird.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der entsprechenden Glühkerzen (1) wird im einzelnen weiter unten beschrieben; im Prinzip sind diese speziellen Ionenstrom-Meßglühkerzen (1) so aufgebaut, daß die Elektrode (2) und der Heizer (3) elektrisch gegen den Kerzenkörper (4) iso­ liert sind. Weiterhin enthalten sie einen Halbleiterschalter (7) und eine Spannungs- Auswerteschaltung (8). Diese Glühkerzen weisen nur einen elektrischen Anschluß (6) zur Ver­ bindung mit dem Steuergerät (10) auf. Die Spannungs-Auswerteschaltung (8) wertet Verände­ rungen der Spannung UGK am Anschluß (6) hinsichtlich Amplitude bzw. hinsichtlich der zeitlichen Änderung (z. B. steigende oder fallende Flanke) aus und steuert entsprechend den Halbleiter­ schalter (7) an.
Das Steuergerät (10) enthält eine Steuereinheit (15), die alle Funktionen steuert; vorzugsweise wird hier ein Mikroprozessor zum Einsatz kommen. An das Steuergerät (10) können NZ Glüh­ kerzen (1) angeschlossen werden. Für jede Glühkerze (1) ist eine Schaltstufe für Glühstrom IGK (16) und zusätzlich, wenn mit der Glühkerze auch Ionenstrom-Messung durchgeführt werden soll, eine Schaltstufe für Ionenstrom-Messung (17) vorgesehen. Jede der auch zur Ionenstrom- Messung verwendeten Glühkerze (1) wird über einen Anschluß (13) an die beiden Schaltstufen (16) und (17) angeschlossen. Jede Schaltstufe wird durch ein Steuersignal für Funktion "Glühen" (18) bzw. Steuersignal für Funktion "Ionenstrom-Messen" (19) angesteuert. Beim Um­ schalten von der einen in die andere Funktion werden am Glühkerzenanschluß (13) Verände­ rungen der Spannung UGK hinsichtlich Amplitude bzw. hinsichtlich der zeitlichen Änderung (z. B. steigende oder fallende Flanke) hervorgerufen, die dann von der Spannungs-Auswerteschaltung (8) der Glühkerze (1) ausgewertet werden. Für die Ionenstrom-Messung werden Elektrode (2) und Heizer (3) durch den Halbleiterschalter (7) galvanisch von dem Masseanschluß (9) und durch die Schaltstufe (16) vom Versorgungsspannungsanschluß (11) getrennt. Gleichzeitig wird über die Schaltstufe (17) eine Hilfsspannung UH für die Ionenstrom-Messung an die als Meße­ lektrode geschaltete Glühkerze (1) angelegt und die Ionenstrom-Messung durchgeführt.
Während des Glühvorganges fließt durch jede Schaltstufe (16) der Strom IGK zu den einzelnen Glühkerzen (1) und von dort weiter zu dem auf Massepotential liegenden Motorblock. Für die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ergibt sich beispielhaft der folgende Strompfad:
(11) → (16) → (13) → (6) → (2) → (3) → (7) → (4) → (9)
Das bedeutet, daß im Steuergerät (10) nur über den Versorgungsspannungsanschluß (11) ein Vielfaches des Stromes IGK fließt, nämlich ein um den Faktor NZ, Anzahl der Zylinder, erhöhter Strom NZ.IGK. Daraus resultiert die hohe Strombelastung für diesen Anschluß. Z. B. ergibt sich für eine 8-Zylinder-Motor bei einem Glühkerzenstrom IGK = 30 A ein Gesamtstrom von 240 A durch den Anschluß (11). Der Anschluß (12) wird nicht mit diesem Strom belastet.
Im folgenden werden Glühkerzen zur Ionenstrommessung beschrieben, die in dem zuvor be­ schriebenen System einsetzbar sind, und solche, die in Kombination mit einem entsprechend an­ gepaßten Steuergerät des beschriebenen Stystems zu gleichen Zwecken verwendbar sind. Hierzu werden zur Erläuterung die Fig. 3 bis 12 verwendet, in denen den Bezugszeichen folgende Be­ deutung zukommt:
(1) Glühkerze mit elektrisch isoliertem Heizer
(2) Elektrode für Ionenstrom-Messung, kann als geschlossenes Rohr ausgebildet sein und den Heizer (3) enthalten
(3) Heizer, einseitig an einer beliebigen Stelle elektrisch mit der Elektrode (2) verbunden
(4) Kerzenkörper, elektrisch gegen Elektrode (2) isoliert
(5) elektrische Isolierung
(6) elektrischer Anschluß, Stromzufuhr
(7) elektrischer Anschluß, Steuersignal
(8) Halbleiterschalter, z. B. n-Kanal MOS-FET-Transistor
(9) Spannungs-Auswerteschaltung
(10) Widerstand
(11) Halbleiterschalter
(12) Schalter
(13) Schalter
(14) Widerstand
(15) Schaltmodul mit Halbleiterschalter (8)
(16) Leitung für Stromzufuhr
(17) Leitung für Steuersignal
Soll eine Glühkerze auch zur Ionenstrom-Messung eingesetzt werden, so benötigt man im Bereich der Glühkerzenspitze zusätzlich eine Meßelektrode, an die eine Hilfsspannung UH angelegt wird. Diese Spannung kann eine Gleich- oder eine Wechselspannung sein. Die Spannung UH liegt dann zwischen der Elektrode und der Zylinderinnenwand. Werden nun durch den Verbrennungsvorgang Ionen erzeugt, kommt es zu einem Stromfluß. Dessen Verlauf läßt Rückschlüsse auf den Verbren­ nungsvorgang im Zylinder zu. Vorzugsweise bildet man die Glühkerze so aus, daß Teile des in den Zylinder hineinragenden Heizers auch als Elektrode benutzt werden können. D. h. Heizer und Elek­ trode sind elektrisch miteinander verkoppelt.
Die Ionenstrom-Meßglühkerze muß mit zwei Leitungen an ein zugehöriges Steuergerät ange­ schlossen werden. Über beide Leitungen fließt der Betriebsstrom der Glühkerze. Da dieser Strom sehr hoch ist, typische Werte liegen im Bereich zwischen 30 und 40 A, müssen die Leitungen und zugehörige Verbindungseinrichtungen entsprechend massiv und damit teuer ausgelegt werden.
Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterschalter in die Glühkerze oder in ein auf die Glühkerze aufge­ stecktes Modul, integriert, so daß nur noch über eine Leitung der Betriebsstrom der Glühkerze fließt; es ist sogar möglich, wie bei konventionellen Glühkerzen nur eine einzige Leitung zum An­ schluß der Glühkerze zu verwenden.
Eine vorbekannte 2-polige Ionenstrom-Meßglühkerze weist gemäß Fig. 3 folgende Merkmale auf:
  • - Glühkerze mit 2 elektrischen Anschlüssen (6)
  • - Elektrode (2) und Heizer (3) sind elektrisch durch den Kerzenkörper (4), der ein Isolierele­ ment (5) enthält, gegenüber dem Motorblock isoliert
  • - die Elektrode (2) ist an einer beliebigen Stelle mit einem der beiden Anschlüsse des Heizers (3) verbunden
  • - über beide elektrische Anschlüsse (6) fließt der Glühstrom
  • - zur Ionenstrom-Messung wird an einen der beiden Anschlüsse (6) die Hilfsspannung UH angelegt, der andere Anschluß bleibt unbeschaltet.
Demgegenüber ist gemäß Fig. 4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer 2-poligen Ionen­ strom-Meßglühkerze mit integriertem elektronischem Schalter durch folgende Merkmale gekenn­ zeichnet:
Glühkerze (1) mit 2 elektrischen Anschlüssen (6) und (7)
  • - Elektrode (2) und Heizer (3) sind elektrisch durch den Kerzenkörper (4), der ein Isolierele­ ment (5) enthält, gegenüber dem Motorblock isoliert
    die Elektrode (2) ist an einer beliebigen Stelle mit einem der beiden Anschlüsse des Heizers (3) verbunden
    nur über einen elektrischen Anschluß (6) fließt der Glühstrom der zweite elektrische Anschluß (7) führt nur ein Steuersignal, mit dem ein Halbleiterschalter (8)
    angesteuert wird, der den zweiten Anschluß des Heizers (3) über den Kerzenkörper (4) an den Motorblock (= Masse) schaltet.
Eine andere Ausführungform der erfindungsgemäßen 2-polige Ionenstrom-Meßglühkerze mit aufgestecktem elektronischen Schalter weist gemäß Fig. 5 folgende Merkmale auf:
Glühkerze (1) mit 3 elektrischen Anschlüssen (6)
auf die Glühkerze (1) aufgesteckbares Schaltmodul (15) mit einem elektronischen Schalter (8) mit zwei Leitungen für Stromzufuhr (16) und für ein Steuersignal (17) und Gegensteckern (18) zu den Anschlüssen (6).
  • - Elektrode (2) und Heizer (3) sind elektrisch durch den Kerzenkörper (4) der ein Isolierele­ ment (5) enthält, gegenüber dem Motorblock isoliert
    die Elektrode (2) ist an einer beliebigen Stelle mit einem der beiden Anschlüsse des Heizers (3) verbunden
    nur über einen elektrischen Leitung (16) fließt der Glühstrom der zweite elektrische Leitung (17) führt nur ein Steuersignal, mit dem ein Halbleiterschalter (8) angesteuert wird, der den zweiten Anschluß des Heizers (3) über den Kerzenkörper (4) an den Motorblock (= Masse) schaltet.
Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 1-poligen Ionenstrom-Meßglühkerze mit integriertem elektronischen Schalter weist gemäß Fig. 6 folgende Merkmale auf:
Glühkerze mit einem elektrischen Anschluß (6)
  • - Elektrode (2) und Heizer (3) sind elektrisch durch den Kerzenkörper (4), der ein Isolierele­ ment (5) enthält, gegenüber dem Motorblock isoliert die Elektrode (2) ist an einer beliebigen Stelle mit einem der beiden Anschlüsse des Heizers (3) verbunden
    die Spannung am elektrischen Anschluß (6) wird ausgewertet und ein Halbleiterschalter (8) an­ gesteuert wird, der den zweiten Anschluß des Heizers über den Kerzenkörper (4) an den Motorblock (= Masse) schaltet.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen 1-poligen Ionenstrom-Meßglühkerze mit aufgestecktem elektronischen Schalter ist gemäß Fig. 7 durch folgende Merkmale charakterisiert:
Glühkerze (1) mit 3 elektrischen Anschlüssen (6)
auf die Glühkerze (1) aufgesteckbares Schaltmodul (15) mit einem elektronischen Schalter (8) mit einer Leitung für Stromzufuhr (16) und Gegensteckern (18) zu den Anschlüssen (6)
  • - Elektrode (2) und Heizer (3) sind elektrisch durch den Kerzenkörper (4), der ein Isolierele­ ment (5) enthält, gegenüber dem Motorblock isoliert die Elektrode (2) ist an einer beliebigen Stelle mit einem der beiden Anschlüsse des Heizers (3) verbunden
    die Spannung am elektrischen Anschluß (16) wird ausgewertet und ein Halbleiterschalter (8) angesteuert wird, der den zweiten Anschluß des Heizers über den Kerzenkörper (4) an den Motorblock (= Masse) schaltet.
Im folgenden wird anhand der Fig. 8 das elektrische Verhalten einer erfindungsgemäßen 2-poligen Ionenstrom- Meßglühkerze mit elektronischem Schalter beschrieben:
Wird an den Anschluß (7) bzw. (17) eine Spannung Ust angelegt, die ausreicht den Halbleiter­ schalter (8) durchzusteuern (z. B. USt = 5 . . . 10 V), so kann, wenn am Anschluß (6) bzw. (16) eine Spannung UGK = UB anliegt, ein Strom von Anschluß (6) bzw. (16) durch Elektrode (2) und Heizer (3), den Halbleiterschalter (8) zu dem auf Masse liegenden Kerzenkörper (4) fließen, Fig. 8. Ist der Halbleiterschalter (8) gesperrt, so kann zur Ionenstrom-Messung an den Anschluß (6) bzw. (16) eine Spannung UGK = UH, z. B. mit UH < UB, angelegt werden. Die Spannung UH kann eine Gleich- oder eine Wechselspannung sein. D. h. immer dann, wenn nicht geglüht wird, ist eine Io­ nenstrom-Messung möglich.
Im folgenden wird anhand der Fig. 9 das elektrische Verhalten einer erfindungsgemäßen 1-poligen Ionenstrom-Meßglühkerze beschrieben:
Variante 1: UH < UB
Zur Ionenstrom-Messung wird eine Hilfsspannung UH benutzt, die deutlich größer ist als die Bord­ netzspannung UB, z. B. UB = 14 V, UH = 40 V. Die Spannung UH kann eine Gleich- oder eine Wech­ selspannung sein. Dem Halbleiterschalter (8) ist eine Spannungsauswerteschaltung (9), die einen Schwellwert-Detektor (Komparator) mit der Schaltschwelle US beinhaltet, vorgeschaltet, die in Ab­ hängigkeit von der am Anschluß (6) bzw. an (16) und dem Kerzenkörper (4) anliegenden Span­ nung UGK den Halbleiterschalter (8) durchschaltet: UGK ≈ UB, oder sperrt: UGK ≈ UH. Ist UH eine Wechselspannung, so wird man vorzugsweise die Amplitude oder den Effektivwert der Spannung auswerten. Die Schaltschwelle US wird man so wählen, daß sie größer als UB und kleiner als UH ist:
UB < US < UH
Für UGK < US wird der Halbleiterschalter (8) durchgeschaltet und es kann ein Strom von Anschluß (6) bzw. von (16) durch Elektrode (2) und Heizer (3), den Halbleiterschalter (8) zum auf Masse liegenden Kerzenkörper (4) fließen, Fig. 9. Ist der Halbleiterschalter (8) gesperrt, UGK = UH, so liegt zur Ionenstrom-Messung die Spannung UH an dem Anschluß (6) bzw. (16) an. D. h. immer dann, wenn nicht geglüht wird, ist eine Ionenstrom-Messung möglich.
Variante 2: UH < UB
Zur Ionenstrom-Messung wird eine Hilfsspannung UH benutzt, die deutlich größer ist als die Bord­ netzspannung UB, z. B. UB = 14 V, UH = 40 V. Die Spannung UH kann eine Gleich- oder eine Wech­ selspannung sein. Dem Halbleiterschalter (8) ist eine Spannungsauswerteschaltung (9) vorge­ schaltet, die Spannungsänderungen von UGK bewertet. Diese schaltet in Abhängigkeit von Verän­ derungen der am Anschluß (6) bzw. an (16) und dem Kerzenkörper (4) anliegenden Spannung UGK den Halbleiterschalter (8) durch. Ist UH eine Wechselspannung, so wird man vorzugsweise die Amplitude oder den Effektivwert der Spannung auswerten. Ändert sich UGK von der höheren Span­ nung UH nach der Spannung UB, so wird der Halbleiterschalter (8) durchgeschaltet, siehe Fig. 10. Befindet sich UGK auf dem Niveau von UB und reduziert sich dann UGK um einen Spannungswert ΔU, z. B. ΔU ≈ 0,5 V, so wird der Halbleiterschalter (8) gesperrt. Als Reaktion erhöht sich die Span­ nung UGK anschließend wieder auf den Wert UH.
Ist der Halbleiterschalter (8) durchgeschaltet, so kann ein Strom von Anschluß (6) bzw. (16) durch Elektrode (2) und Heizer (3), den Halbleiterschalter (8) zum auf Masse liegenden Kerzenkörper (4) fließen. Ist der Halbleiterschalter (8) gesperrt, UGK = UH, so liegt zur Ionenstrom-Messung die Spannung UH an dem Anschluß (6) bzw. (16) an. D. h. immer dann, wenn nicht geglüht wird, ist eine Ionenstrom-Messung möglich.
Variante 3: UH = UB
Zur Ionenstrom-Messung wird keine höhere Hilfsspannung UH benötigt, es kann die Bordnetz­ spannung UB verwendet werden, UH = UB. Die Spannung UB kann eine Gleich- oder eine Wech­ selspannung sein. Die Spannung US kann entweder über den Schalter (12) niederohmig oder über den Schalter (13) und den Widerstand (14) an den Anschluß (6) bzw. (16) der Glühkerze geschal­ tet werden, siehe Fig. 11. Dem Halbleiterschalter (8) ist eine Spannungsauswerteschaltung (9) vorgeschaltet, die einen Schwellwert-Detektor (Komparator) mit der Schaltschwelle US, einen Wi­ derstand (10) und einen weiteren Halbleiterschalter (11) beinhaltet. Ist der Halbleiterschalter (11) leitend, so ist der Widerstand (10) zwischen Masse und den Anschluß (6) bzw. (16) geschaltet.
Wird über die Schalter (12) bzw. (13) die Spannung UB an den Anschluß (6) bzw. (16) der Glühker­ ze (1) geschaltet, so ist zunächst der Halbleiterschalter (11) leitend. Ist der Schalter (12) einge­ schaltet, so ist die Spannung UGK am Anschluß (6) bzw. an (16) gleich der Spannung UB. Ist dage­ gen der Schalter (13) eingeschaltet, so bilden die Widerstände (10) und (14) einen Spannungsteiler und die Spannung UGK am Anschluß (6) bzw. an (16) ist kleiner als die Spannung UB. Wählt man für die Widerstände (10) und (14) z. B. gleiche Werte, so ergibt sich für die Spannung an Anschluß (6) bzw. an (16):
UGK = UB/2
Die Schaltschwelle US wird so gewählt, daß sie zwischen der durch den Spannungsteiler aus den Widerständen (10) und (14) bestimmten Spannung und der Spannung UB liegt. Für die beispiel­ hafte Auslegung mit Widerstand (10) gleich Widerstand (14) wird man für US vorzugsweise wählen:
US = 3/4.UB
Die Spannungsauswerteschaltung (9) wertet die Spannung UGK kurz nach dem Anlegen einer Spannung an Anschluß (6) bzw. an (16) aus und steuert die Halbleiterschalter (8) und (11) ent­ sprechend an, siehe Fig. 12:
Fall 1: UGK = UB/2
Halbleiterschalter (8) bleibt gesperrt, Halbleiterschalter (11) wird nach Auswerten der Spannung am Anschluß (6) bzw. an (16) gesperrt.
Fall 2: UGK = UB
Halbleiterschalter (8) wird leitend geschaltet, Halbleiterschalter (11) wird nach Auswerten der Spannung am Anschluß (6) bzw. an (16) gesperrt.
Für UGK = UB < US wird der Halbleiterschalter (8) durchgeschaltet und es kann ein Strom von An­ schluß (6) bzw. von (16) durch Elektrode (2) und Heizer (3), den Halbleiterschalter (8) zum auf Masse liegenden Kerzenkörper (4) fließen, siehe auch Bild 2. Der durch den Widerstand (10) flie­ ßende Strom kann gegenüber dem durch den Heizer (3) fließenden Strom IGK vernachlässigt wer­ den.

Claims (7)

1. Ionenstrom-Meßglühkerze mit elektrischem Anschluß für den Glühstrom eines Hei­ zelements, das in einem Glührohr brennraumseitig angeordnet ist, wobei das Glührohr in einem Kerzengehäuse, gegenüber diesem isoliert, angeordnet ist, und wobei das Kerzengehäuse mit dem Motorblock in elektrischer Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß im an­ schlußseitigen Bereich der Kerze ein Halbleiterschalter (8) integriert oder modular angeordnet ist, der von einem Steuersignal angesteuert wird und den zweiten Anschluß des Heizelements (3) über das Kerzengehäuse (4) an den Motorblock (Masse) schaltet.
2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sie zwei elektrische Anschlüsse (6) und (7) aufweist, wobei über den elektrischen Anschluß (6) der Glühstrom für das Heizelement (3) zugeführt wird, während der zweite elektrische Anschluß (7) nur ein Steuersignal führt, mit dem der Halbleiterschalter (8), der den zweiten Anschluß des Heizelements (3) über den Kerzenkörper (4) an den Motorblock (Masse) schaltet, angesteuert wird.
3. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (8) in einem auf die Glühkerze aufsteckbaren Schaltmodul (15) mit einem elektrischen Anschluß (6') für den Glühstrom und einem elektrischen Anschluß (7') für das Steuersignal und Gegenstec­ kern (18) zur Verbindung mit den Anschlüssen (6) der Kerze angeordnet ist.
4. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein elektrischer An­ schluß zur Stromzufuhr vorgesehen ist, wobei dieser mit einer Spannungsauswertungsschaltung (9) verbunden ist, über die der Halbleiterschalter (8) angesteuert wird.
5. Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (8) und die Spannungsauswertungsschaltung (9) sowie ein elektrischer Anschluß (6") in einem auf die Glühkerze aufsteckbaren Schaltmodul (15) mit Gegensteckern (18) zur Verbindung mit den An­ schlüssen (6) angeordnet sind.
6. Steuergerät zum Ansteuern mindestens einer der Glühkerzen nach einem der An­ sprüche 1 bis 5 gemäß Beschreibung.
7. Anordnung zum Glühen und/oder Ionenstrommessen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und ein Steuergerät gemäß Anspruch 6 umfaßt.
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