DE19926079A1 - Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors

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DE19926079A1
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Abstract

Eine Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors wird an die Hand gegeben, die Störungen aufgrund von Überlagerungen auf dem Ionenstrom verhindern kann und einen gewünschten Spitzenwert des Ionenstromes sicherstellt. Die Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors beinhaltet eine Zündspule, die eine Zündungshochspannung erzeugt, eine Zündkerze, an der Zündungshochspannung über einem Hochspannungspfad anliegt, der mit einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen der Zündspule verbunden ist, einem Vorspannungsmittel zum Laden einer Vorspannung, die zum Erfassen von Ionen notwendig ist, die seitens der Zündkerze entladen und erzeugt werden, ein Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom zur Entladung der Vorspannung, ein Ionenstromerfassungsmittel zum Erfassen der Entladung der Vorspannung als ein Ionenstrom, der durch die Zündkerze fließt, und eine ECU zum Erfassen eines Verbrennungszustandes in der Zündkerze in Abhängigkeit des Erfassungswertes des Ionenstroms, wobei der Begrenzungswiderstand für den Entladestrom zwischen dem Zündstrompfad aufgrund der Entladung der Ionen seitens der Zündkerze und dem Vorspannungsmittel angeordnet ist.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors basierend auf der Erfassung der Änderung der Menge an Ionen infolge der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor und insbesondere eine Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors, die kleiner baut, kostengünstig und hinsichtlich der Erfassungsgenauigkeit verbessert ist.
2. Beschreibung des betreffenden Standes der Technik
Fig. 3 zeigt schematisch ein Schaltbild mit einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors, bei der die Stromverteilung für die Zündkerzen von zwei Zylindern über eine Zündspule erfolgt.
Gemäß Fig. 3 ist die positive Elektrode einer in einem Fahrzeug eingebauten Batterie 1 mit der Niederspannungsseite einer Primärwicklung 2a einer Zündspule 2 verbunden. Das andere Ende der Primärwicklung 2a ist über einen Leistungstransistor 3, der den Primärstrom unterbricht, mit Masse verbunden.
Zwei Zündspulen 2 sind parallel zueinander angeordnet, wobei mit beiden Enden der Sekundärwicklungen 2b jeweils ein Zündkerzenpaar 4a, 4c und ein Zündkerzenpaar 4b, 4d sowie die entsprechenden Zündkerzenpaare 4a, 4c und 4b, 4d verbunden sind. Hochspannungsdioden 5 sind jeweils mit einem Ende mit den Zündkerzen 4c und 4d der betreffenden Zündkerzenpaare 4a, 4c und 4b, 4d verbunden, so daß eine Vorspannung anliegt, die eine Polung aufweist, die mit der Polung an einem Ende der jeweiligen Zündkerzen 4c und 4d übereinstimmt. Die Hochspannungsdiode 5 ist dafür vorgesehen, die Ionenstromerfassungseinheit 10 gegenüber einer Zündungshochspannung zu schützen, die an den Enden der Zündkerzen 4a-4d anliegt.
Die negative Polungsseite der jeweiligen Sekundärwicklungen 2b sind jeweils direkt mit den Zündkerzen 4a und 4b verbunden, wohingegen die positive Polungsseite der jeweiligen Sekundärwicklungen 2b mit den Zündkerzen 4c und 4d über Widerstände 6 zum Vorspannungsschutz, d. h. zur Entladungsstrombegrenzung, verbunden sind.
Zusätzlich sind die Widerstände 6 parallel mit den Zünddioden 7 verbunden, wobei eine zweite Stromrichtung jeweils vorwärtsgerichtet wird.
Die Kathoden der jeweiligen Hochspannungsdioden 5 sind mit Verbindungspunkten zwischen den jeweiligen Widerständen 6 sowie den jeweiligen Zünddioden 7 und den Zündkerzen 4c, 4d verbunden.
Bei dem obigen Aufbau zum Erfassen eines Ionenstroms liegt die Vorspannung direkt an den Zündkerzen 4c und 4d an einem Ende der Spannungsdiode 5 an, und die Vorspannung an den Zündkerzen 4a und 4b liegt über den Begrenzungswiderständen für den Entladungsstrom 6 und den Sekundärwicklungen 2b an.
Die Ionenstromerfassungseinheit 10 umfaßt eine Gleichrichterdiode D1, die mit den anderen Enden der Primärwicklungen 2a verbunden ist, einen Widerstand R1 zur Strombegrenzung, der mit der Gleichrichterdiode D1 in Reihe geschaltet ist, eine Zenerdiode D2 zur Spannungsbegrenzung, die mit dem Widerstand R1 in Reihe geschaltet ist, eine Gleichrichterdiode D2, die zwischen der Zenerdiode D2 und Masse geschaltet ist, einen Kondensator C, der zwischen beiden Enden der Zenerdiode D2 parallel verschaltet ist, und einen Ausgangswiderstand R2, der parallel mit der Gleichrichterdiode D2 verbunden ist.
Eine Serienschaltung, bestehend aus der Gleichrichterdiode D1, dem Widerstand R1, dem Kondensator C und der Gleichrichterdiode D2, ist zwischen dem einen Ende der jeweiligen Primärwicklungen 2a und Masse derart angeordnet, daß ein Ladepfad ausgebildet ist, durch den ein Ladestrom zum Laden des Kondensators C fließt.
Im Sperrzustand des Leistungstransistors 3 liegt an dem Kondensator C eine Primärspannung an, die eine in den Primärwicklungen 2a erzeugte Hochspannung ist und die auf eine vorgegebene Vorspannung (ungefähr einige 100 V) durch die Begrenzungsspannung der Zenerdiode D2 aufgeladen wird, um so als Stromversorgung (Vorspannungsmittel) zur Erfassung eines Ionenstroms i zu dienen. Mit anderen Worten wird der Kondensator C auf eine Lawinendurchbruchspannung der Zenerdiode D2 durch eine Sekundärspannung aufgeladen, die zum Zeitpunkt der Unterbrechung des Primärstromes entsteht, um hierdurch eine Vorspannung bereitzustellen, die zum Zuführen des Ionenstroms notwendig ist.
Der Ausgangswiderstand R2 innerhalb der Ionenstromerfassungseinheit 10 wandelt den Ionenstrom i in eine Spannung und führt die somit gewandelte Spannung einer ECU 20 in Form eines Ionenstromerfassungssignals Ei zu.
Die ECU 20 besteht aus einem Mikrocomputer und bestimmt einen Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit des Ionenstromerfassungssignals Ei und führt eine entsprechende Steuerung durch, sobald die ECU 20 eine Verschlechterung des Verbrennungszustandes erkennt.
Ebenso betreibt die ECU 20 arithmetisch eine Zündverstellung, etc. in Abhängigkeit von Fahrzuständen, die über eine Vielzahl von Sensoren (nicht gezeigt) erfaßt werden, und gibt nicht nur ein Zündsignal P an den Leistungstransistor 3, sondern auch ein Kraftstoffeinspritzsignal an einen Einspritzer (nicht gezeigt) eines jeden Zylinders, sowie Treibersignale an eine Vielzahl von Stellgliedern (eine Drosselklappe, ein ISC-Ventil etc.) aus.
Fig. 3 wird nur anhand dem Zündkerzenpaar 4a und 4c beschrieben. Der Sekundärstrom während einer normalen Zündsteuerung fließt durch einen Strompfad, der durch die Zündkerze 4, die Sekundärwicklung 2b, die Zünddiode 7 und die Zündkerze 4c führt. Umgekehrt werden an die Zündkerzen 4a und 4c Zündungshochspannungen mit entgegengesetzter Polung angelegt.
Während der Erfassung des Ionenstroms unmittelbar nach der Zündsteuerung fließt auf der anderen Seite der Ionenstrom i durch nur diejenige Zündkerze eines Zylinders, der gerade einen Explosionshub durchgeführt hat.
Da der Begrenzungswiderstand für den Entladungsstrom 6 zwischen der Hochspannungsdiode 5 und einem Ende der Sekundärwicklung 2b verschaltet ist, kann in dieser Situation verhindert werden, daß die Vorspannung sich über die Zündspule 2 im Einschaltzeitpunkt des Primärstroms entlädt.
In dem Beispiel der Schaltung gemäß Fig. 3 wird die Zündkerze 4c beispielsweise mit der Vorspannung seitens eines Endes der Hochspannungsdiode 5 zum Zeitpunkt der Erfassung des Ionenstroms beaufschlagt, wohingegen die Zündkerze 4a mit einer Vorspannung über den Begrenzungswiderstand für den Entladestrom 6 und die Sekundärwicklung 2b beaufschlagt wird.
Während des obenbeschriebenen Betriebes ist die Impedanz des Ionenstrompfades, der mit der Zündkerze 4a verbunden ist, größer als die Impedanz des Ionenstrompfades, der mit der Zündkerze 4c verbunden ist, und zwar um einen Wert infolge des Eingriffs des Widerstands 6 und der Sekundärwicklung 2b. Unter der Annahme, daß ein Ionenstrom gemäß der durchgezogenen Linie a in Fig. 4a in die Zündkerze 4c fließt, fließt folglich ein Ionenstrom, der kleiner als der in die Zündkerze fließende Ionenstrom ist, in die Zündkerze 4a gemäß der gestrichelten Linie b in Fig. 4A, so daß eine Differenz der Ionenströme zwischen der Zündkerze 4a und der Zündkerze 4c entsteht.
Zusätzlich fließt ein Entladestrom gemäß der durchgezogenen Linie c in Fig. 4a, sobald die auf dem Kondensator C befindliche Ladung, die positiv aufgeladen wurde entladen wird, auf den nicht geerdeten Kondensator Cs, wie etwa die Sekundärwicklung 2b, etc. die negativ aufgeladen wurde.
Bei einem kleine Widerstandswert des Widerstandes 6 oszilliert der Entladestrom, was eine Dämpfung erschwert, wie dies mit der durchgezogenen Linie d in Fig. 4B gezeigt ist, mit dem Ergebnis, daß der Entladestrom als Störung auf der Wellenform des Ionenstrom überlagert ist.
In einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors setzt sich der Ionenstrompfad aus der Zündkerze, der Sekundärwicklung und der Zündkerze zusammen, was bedeutet, daß der Begrenzungswiderstand für den Entladungsstrom und die Zünddiode innerhalb des oben beschriebenen Sekundärstrompfades parallel geschaltet sind, so daß daher diese Teile einer an der Sekundärwicklung entstehenden Spannung standhalten müssen, sobald der Primärstrom eingeschaltet wird, und damit eine Spitzenrückwärtsspannung von einigen kV aufweisen müssen, was das Problem nach sich zieht, daß eine herkömmliche Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes kostenaufwendig gebaut ist.
Ebenso muß eine Isolierstrecke zwischen den Anschlußpunkten der einzelnen Teile von vornherein zur Erzielung einer Haltespannung verlängert werden, so daß für diese Teile nicht verkleinerte, oberflächenmontierte Bauteile, sondern vergrößerte Bauteile verwendet werden, wodurch das Problem entsteht, daß die Anzahl der Montageschritte sich erhöht und die Vorrichtung verteuert wird.
Darüber hinaus entsteht das Problem, daß eine Differenz des Ionenstroms zwischen einem Zündkerzenpaar entsteht und darüber hinaus der Strom, der fließt, sobald die auf dem Kondensator positiv aufgeladenen Ladungen auf einen nicht geerdeten Kondensator, wie etwa eine Sekundärwicklung etc., die negativ aufgeladen sind, oszilliert, so daß dieser Strom sich als Störung auf der Wellenform des Ionenstroms überlagert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit den oben genannten Problemen einer herkömmlichen Vorrichtung und es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors mit einer ausgezeichneten Erfassungsgenauigkeit bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Differenz des Ionenstroms zwischen Zündkerzen zu dämpfen, um so Störungen zu verhindern, die sich auf der Wellenform des Ionenstroms überlagern, der infolge der Oszillationen eines Stromes entladen wurde, der fließt, sobald die Ladungen in dem Kondensator, der positiv aufgeladen wurde, zu einem nicht geerdeten Kondensator, der positiv aufgeladen wurde, entladen werden auf einen nicht geerdeten Kondensator, wie etwa eine Sekundärwicklung, etc., die negativ aufgeladen wurde, um so einen gewünschten Spitzenwert des Ionenstroms zu erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors:
eine Zündspule bestehend aus einem Transformator mit einer Primärwicklung, deren eines Ende mit einer Batterie und deren anderes Ende mit einem Leistungstransistor zur Unterbrechung eines Primärstromes verbunden ist, und mit einer Sekundärwicklung zur Ausbildung einer Zündungshochspannung zwischen beiden Enden der Sekundärwicklung, sobald der Primärstrom unterbrochen ist,
eine Zündspule, an der die besagte Zündungshochspannung entlang eines Hochspannungspfades anliegt, der mit mehreren Ausgangsanschlüssen mit der Zündspule verbunden ist,
ein Vorspannungsmittel zum Laden einer Vorspannung, die zum Erfassen von Ionen notwendig ist, die infolge der Entladung in der Zündkerze bei anliegender Zündungshochspannung erzeugt werden,
ein Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom zum Entladen der durch das Vorspannungsmittel geladenen Vorspannung,
ein Ionenstromerfassungmittel zum Erfassen der Entladung der besagten Vorspannung, sobald ein Ionenstrom durch die Zündkerze fließt, und
eine ECU zum Erfassen eines Verbrennungszustandes in der Zündkerze in Abhängigkeit eines Erfassungswertes des besagten Ionenstroms,
wobei das Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom zwischen einem Zündstrompfad, der aufgrund der Ionenentladung seitens der Zündkerze ausgebildet wird, und dem Vorspannungsmittel angeordnet ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom eine Diode, deren Kathode mit der Sekundärwicklung verbunden ist, und einen Widerstand, der in Reihe mit der Diode verschaltet ist, umfaßt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom einen Begrenzungswiderstand für den Entladungsstrom umfaßt und wobei der Widerstandswert des Begrenzungswiderstands größer als der Widerstandswert der Sekundärwicklung ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Wert der Vorspannung des Vorspannungsmittels durch eine Zenerdiode festgelegt ist, die zwischen dem Kollektor und der Basis des Leistungstransistors angeordnet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild mit einer Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors nach einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild mit einer Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild mit einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors; und
Fig. 4A und 4B zeigen Schaubilder zur Erläuterung des Problems einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele werden im einzelnen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild mit einer Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors nach einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In der Figur sind Teile, die mit solchen in Fig. 3 übereinstimmen, durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet und auf ihre nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Dieses Beispiel betrifft den Fall, bei dem eine Zündspule zur Stromverteilung der Zündkerzen von zwei Zylindern gemäß Fig. 3 verwendet wird, wobei lediglich Teile im Zusammenhang mit dem Zündkerzenpaar 4a und 4c gezeigt sind.
In diesem Ausführungsbeispiel liegt das Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom im wesentlichen nicht im Zündstrompfad, sondern zwischen dem Zündstrompfad und dem Vorspannungsmittel. Mit anderen Worten besteht das Begrenzungsmittel für den Entladestrom aus einer Serienschaltung bestehend aus einem Begrenzungswiderstand für den Entladestrom 11 und einer Diode 10, wobei ein Ende des Widerstandes 11 mit dem Kondensator 12 verbunden ist, wohingegen das andere Ende über die Diode 10 zu einem Verwendungspunkt zwischen der Sekundärwicklung 2b und der Zündkerze 4c des Zündstrompfades verbunden ist.
Eine Kathode der Zenerdiode zur Vorspannungsbegrenzung 13 ist verbunden mit einem Verbindungspunkt eines Endes des Begrenzungswiderstandes für den Entladestrom 11 und die Anode der Zenerdiode 13 ist über die Diode D2 auf Masse gelegt. Der Vorspannungskondensator 12 ist mit der Zenerdiode 13 parallel geschaltet. Die Zenerdiode 13 und der Kondensator 12 bilden das Vorspannungsmittel.
Eine Eingangsseite des Ionenstromerfassungsmittels 30 ist mit der Anode der Zenerdiode 13 verbunden und eine Ausgangsseite des Ionenstromerfassungsmittels 30 ist mit der ECU 20 verbunden. Die übrigen Aufbauten sind mit denen in Fig. 3 identisch.
Im folgenden wird der Betrieb einer derart aufgebauten Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes beschrieben.
Wie üblich betreibt die ECU 20 arithmetisch eine Zündverstellung, etc., in Abhängigkeit der Fahrzustände und liefert ein Zündsignal P zu der Basis des Leistungstransistors 3 an einem gewünschten Steuerzeitpunkt, um dadurch den Öffnungs-/Sperrzustand des Leistungstransistors 3 zu steuern.
In diesem Betrieb unterbricht der Leistungstransistor 3 den Primärstrom, der in der Primärwicklung 2a, der Zündspule 2 zum Erhöhen der Primärspannung fließt, und erzeugt darüber hinaus eine Zündhochspannung (z. B. einige 10 kV), die über die Sekundärwicklung 2b anliegt.
Während der normalen Zündsteuerung fließt der Sekundärstrom in einem Pfad, der über die Zündkerze 4a, die Sekundärwicklung 2b und die Zündkerze 4c führt, so daß entgegengesetzte Zündhochspannungen an den Zündkerzen 4a und 4c anliegen.
Zum Zeitpunkt der Erfassung des Ionenstroms unmittelbar nach der Zündsteuerung fließt auf der anderen Seite der Ionenstrom i nur durch die Zündkerze desjenigen Zylinders, der geraden einen Explosionshub ausgeführt hat.
Da der Begrenzungswiderstand für den Entladungsstrom 11 in dieser Situation zwischen dem Kondensator 12 und der Sekundärwicklung 2b zum Zeitpunkt des Einschaltens des Primärstroms angeordnet ist, ist der Entladungsstrom begrenzt. Sogar für den Fall, daß eine Hochspannung an der Zündkerze 4c anliegt, wird die Hochspannung durch die Diode 10 gesperrt, wobei eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden des Begrenzungswiderstandes für den Entladungsstrom 11 anliegt, die so groß ist wie die Spitzenrückwärtsspannnung der Diode 10.
Im Fall des Schaltbildes gemäß Fig. 1 liegt zum Zeitpunkt der Erfassung des Ionenstroms an der Zündkerze 4 beispielsweise die Vorspannung zwischen einem Ende der Diode 10 über den Begrenzungswiderstand für den Entladungsstrom 11 an, wohingegen an der Zündkerze 4a die Vorspannung über den Begrenzungswiderstand für den Entladungsstrom 11 und die Sekundärwicklung 2b anliegt.
Die Impedanz des Ionenstrompfades, der mit der Zündkerze 4a verbunden ist, ist in der obigen Situation demgemäß größer als die Impedanz des Ionenstrompfades, der mit der Zündkerze 4c verbunden ist, und zwar um einen Betrag infolge des Eingriffs der Sekundärwicklung 2b. Wenn der Widerstandswert des Widerstands 11 auf einen Wert gesetzt wird, der größer ist als der Widerstand der Sekundärwicklung 2b, wird eine Differenz zwischen dem Ionenstrom, der in der Zündkerze 4c fließt, und dem Ionenstrom, der in der Zündkerze 4a fließt, gedämpft, wodurch Störungen aufgrund einer Überlagerung mit dem Ionenstrom verhindert werden und darüber hinaus ein gewünschter Spitzenwert des Ionenstroms erreicht wird.
Vorzugsweise liegt der Wert des Begrenzungswiderstandes für den Entladungsstrom 11 innerhalb eines vorgegebenen Bereiches, z. B. zwischen 30 und 600 kΩ. Dies bedeutet, daß eine untere Begrenzung des Widerstandswertes auf einen Wert gesetzt ist, der dem zehnfachen oder mehr des Widerstandswertes (üblicherweise 3 bis 15 kΩ) der Sekundärwicklung 2b, beispielsweise bei 30 kΩ, um so die Differenzen zwischen den Ionenströmen zu dämpfen, die zwischen den Zündkerzen 4a und 4c fließen.
Ebenso wird hierdurch das Auftreten des Phänomens verhindert, daß der Strom, der fließt, sobald die positiv aufgeladenen Ladungen in dem Kondensator 12 auf einen nicht geerdeten Kondensator, wie etwa eine Sekundärwicklung etc., die wiederum negativ geladen wurde, oszilliert und sich mit der Wellenform des entladenen Ionenstroms als Störung überlagert.
Eine obere Grenze für den Widerstandswert des Begrenzungswiderstandes für den Entladungsstrom 11 wird dementsprechend beispielsweise auf 600 kΩ festgesetzt, so daß die Entladungsspannung üblicherweise um 200 V oder darunter liegt und der Spitzenwert des Ionenstroms um 300 µA oder weniger beträgt, wobei der Spitzenwert dieses Ionenstroms über den Widerstand 11 erlangt wird.
Wenn die Ladungsspannung des Vorspannungskondensators 12 im folgenden mit Ec, der in die Zündkerze 4a fließende Ionenstrom mit Ia, die Impendanz (Widerstand) der Sekundärwicklung 2b mit Z2, die Impedanz (Widerstand) des Widerstands 11 mit Z11 und die Vorwärtsspannung der Diode 10 mit Vflo bezeichnet werden, so läßt sich der Ionenstrom Ia durch den folgenden Ausdruck darstellen:
Ia = (Ec - Vf10)/(Z2 + Z11) (1)
Von dem obigen Ausdruck läßt sich der folgende Ausdruck herleiten:
Z11 = {(Ec - Vf10)/Ia}- Z2 (2)
Um beispielsweise einen Ionenstrom von Ia = 300 µA unter der Voraussetzung bereitzustellen, daß die Ladespannung Ec 200 V, die Vorwärtsspannung Vf10 der Diode 10 20 V und die Impedanz Z2 der Sekundärwicklung 2b 3 kΩ ist, ergibt sich ein Wert aus dem obigen Ausdruck (2) von 597 kΩ ≈ 600 kΩ, so daß als Ergebnis die obere Grenze des Widerstandswertes des Widerstandes 11 um 600 kΩ liegt.
Da die Serienschaltung der Diode 10 und des Widerstands 11, die das Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom bilden, nicht innerhalb des Zündstrompfades, sondern zwischen dem Zündstrompfad und dem Vorspannungsmittel liegt, besteht wie oben beschrieben gemäß diesem Ausführungsbeispiel keine Notwendigkeit dafür, daß auf die Zündstromvorspannungsdiode verzichtet wird. Daher kann die Haltespannung des Begrenzungswiderstandes für den Entladungsstrom 11 wesentlich niedriger gesetzt werden, so daß ein verkleinertes und kostengünstiges Bauteil ausgewählt werden kann, und ebenso ist es möglich, im wesentlichen Bauelemente für Chipoberflächen zu verwenden, wodurch die Anzahl der Produktionsschritte erheblich reduziert werden kann. Da der Widerstandswert des Begrenzungswiderstandes für den Entladungsstrom 11 auf einen Wert größer als der Widerstandswert der Sekundärwicklung 2b gesetzt ist, kann zusätzlich eine Differenz des Ionenstroms zwischen den Zündspulen 4a und 4c gedämpft werden, wodurch Störungen aufgrund der Überlagerung des Ionenstromes verhindert werden können und ein gewünschter Spitzenwert des Ionenstroms erzielt werden kann.
(2. Ausführungsbeispiel)
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild mit einer Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In der Figur sind Teile, die mit solchen in Fig. 1 übereinstimmen, durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet und auf ihre nochmalige Beschreibung wird verzichtet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zenerdiode zur Vorspannungsbegrenzung 13 durch eine Zenerdiode 3a ersetzt, die normalerweise zwischen dem Kollektor und der Basis des Leistungstransitors 3 verschaltet ist.
Mit anderen Worten besteht die Zenerdiode 3a aus einer Zenerdiode, die üblicherweise dafür vorgesehen ist, einen Durchschlag des Leistungstransistor 3 zu verhindern, wenn eine Spannung von einigen 100 V an dem Kollektor des Leistungstransistors zur Unterbrechung des Primärstroms anliegt. In diesem Beispiel ist die Lawinendurchbruchspannung der Zenerdiode 3 auf eine Spannung gesetzt, die der Vorspannung des Kondensators 12, der das Vorspannungsmittel bildet, entspricht. Der weitere Aufbau ist identisch mit dem in Fig. 1.
Im folgenden wird die Betriebsweise der so aufgebauten Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes beschrieben.
Da die Spannung, die an der Primärseite der Zündspule 2 entsteht, sobald der Primärstrom zu der Zündspule 2 durch den Leistungstransistor 3 unterbrochen wird, durch die Lawinendurchbruchspannung der Zenerdiode 3a, die im wesentlichen auf einen Wert entsprechend der Vorspannung gesetzt ist, begrenzt ist, wird der Vorspannungskondensator 12 mit derselben wie in Fig. 1 geladen, ohne mit der Lawinendurchbruchspannung oder mehr beaufschlagt zu sein. Die weitere Betriebsweise ist mit der gemäß Fig. 1 identisch.
Da in diesem Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben die Zenerdiode, die normalerweise zwischen dem Kollektor und der Basis des Leistungstransistors verschaltet ist, auch als eine Zenerdiode zur Vorspannungsbegrenzung verwendet wird, ergeben sich Vorteile dahingehend, daß eine Zenerdiode, die parallel mit dem Vorspannungskondensator verschaltet ist, nicht benötigt wird, so daß die Anzahl der benötigten Bauteile um ein Vielfaches reduziert werden kann und die Kosten zusätzlich zu dem aufgrund des ersten Ausführungsbeispiels erreichten Vorteils gesenkt werden können.
Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dient der Verdeutlichung und der Erläuterung.
Die Beschreibung soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung genau auf die offenbarte Form beschränken, sondern Abwandlungen und Abweichungen sind angesichts der oben beschriebenen Leere denkbar oder können aus der Umsetzung der Erfindung abgeleitet werden. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern, so daß ein Fachmann in die Lage versetzt wird, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen in Betracht kommenden Abwandlungen zu verwenden. Der Schutzbereich der Erfindung soll durch die beigefügten Patentansprüche sowie deren Äquivalente bestimmt sein.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors umfassend:
eine Zündspule bestehend aus einem Transformator (2) mit einer Primärwicklung (2a), deren eines Ende mit einer Batterie und deren anderes Ende mit einem Leistungstransistor zur Unterbrechung eines Primärstromes verbunden ist, und mit einer Sekundärwicklung (2b) zur Ausbildung einer Zündungshochspannung zwischen beiden Enden der Sekundärwicklung, sobald der Primärstrom unterbrochen ist,
eine Zündspule (4a, 4b), an der die besagte Zündungshochspannung entlang eines Hochspannungspfades anliegt, der mit mehreren Ausgangsanschlüssen mit der Zündspule verbunden ist,
ein Vorspannungsmittel (13, 12) zum Laden einer Vorspannung, die zum Erfassen von Ionen notwendig ist, die infolge der Entladung in der Zündkerze bei anliegender Zündungshochspannung erzeugt werden,
ein Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom (11, 10) zum Entladen der durch das Vorspannungsmittel geladenen Vorspannung,
ein Ionenstromerfassungmittel (30) zum Erfassen der Entladung der besagten Vorspannung, sobald ein Ionenstrom durch die Zündkerze fließt, und
eine ECU (20) zum Erfassen eines Verbrennungszustandes in der Zündkerze in Abhängigkeit eines Erfassungswertes des besagten Ionenstroms,
wobei das Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom zwischen einem Zündstrompfad, der aufgrund der Ionenentladung seitens der Zündkerze ausgebildet wird, und dem Vorspannungsmittel angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom eine Diode (10), deren Kathode mit der Sekundärwicklung verbunden ist, und einen Widerstand, der in Reihe mit der Diode verschaltet ist, umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Begrenzungsmittel für den Entladungsstrom einen Begrenzungswiderstand für den Entladungsstrom (11) umfaßt und wobei der Widerstandswert des Begrenzungswiderstands größer als der Widerstandswert der Sekundärwicklung ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Wert der Vorspannung des Vorspannungsmittels durch eine Zenerdiode (3a) festgelegt ist, die zwischen dem Kollektor und der Basis des Leistungstransistors (3) angeordnet ist.
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