DE2326839B2

DE2326839B2 - Analysator für Zündspannungskurven bei Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung

Info

Publication number: DE2326839B2
Application number: DE2326839A
Authority: DE
Inventors: Klaus Roland Dipl.-Ing. Kuhn; Viktor Dipl.-Ing. Stigler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-05-25
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1975-07-31
Also published as: FR2230875B1; US3942102A; SE404404B; GB1464477A; FR2230875A1; IT1012722B; DE2326839A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analysator für Zündspannungskurven bei Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung mit einem Abgriff auf der Hochspan-Hungsseite der Zündspule und mit zwei daran angeschlossenen Meßkanälen.

Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen mit Fremdfcündung können Fehlzündungen auftreten, die von Fehlern an der Zündkerze herrühren. Diese Fehler können an dem zeitlichen Verlauf der Zündspannungskurve erkannt werden. Der Spannungsverlauf der Zündspannungskurven wird dabei an der Hochspannungsseite der Zündspule abgegriffen. Fehlzündungen, die durch Zündkerzenfehler hervorgerufen werden, beruhen beispielsweise auf verbleiten oder verölten Zündkerzen, auf Rissen im Kerzenisolator oder Funkenüberschlägen in den Kerzensteckern.

Die genannten Fehler können bei einer Analyse des Zündspannungsverlaufs mit Hilfe eines Oszillographen festgestellt werden. Eine Einrichtung dazu ist beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 12 28 853 beschrieben. Die Benutzung von Oszillographen setzt große praktische Erfahrung voraus, wenn aus dem Kurvenverlauf eine richtige Diagnose gestellt werden soll. Die Auswertung des Schirmbildes des Oszillographen wird zusätzlich erschwert, wenn Fehlzündungen nur sporadisch erfolgen und bei Mehrzylindermotoren dann diese kurzzeitig auftretende Fehlerkurve unter mehreren in sich voneinander abweichenden fehlerfreien Kurvenzügen beurteilt werden soll.

In der deutschen Auslegeschrift 20 40 913 ist eine Einrichtung zur automatischen Erfassung des zeitlichen Verlaufs der Zündspannungen in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine beschrieben, die ohne Oszillographen auskommt. Dabei sind mehrere Meßkanäle vorgesehen, die dazu dienen, über eine Steuereinheit mit den einzelnen Kanälen zugeordneten Zeitstufen die Zündspannungskurven in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten abzutasten und die abgetasteten Werte zu speichern. Ein Zuordner stellt dabei sicher, daß die Zündspannungskurven den entsprechenden Zylindern der Maschine zugeordnet werden.

In der deutschen Offenlegungsschrift 22 12 582 ist eine Vorrichtung zur Überprüfung von Zündanlagen beschrieben. Der Überprüfung der Zündanlage liegt die Zündspannungskurve zugrunde, die dazu in mehrere Abschnitte unterteilt wird, die einzeln nach vorgegebenen Kriterien untersucht werden. Der dritte Abschnitt der Zündspannungskurve stellt einen Ausschwingvorgang dar. Er wird zur Untersuchung elektrisch integriert und das Ergebnis dazu benutzt, auf eine einwandfreie oder fehlerhafte Zündung zu schließen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Untersuchung der beiden ersten Abschnitte der Zündspannungskurve genügt, um das Betriebsverhalten einer Zündanlage beurteilen zu können. Ihr lag die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe zweier Diskriminatoren ausgewählte Spannungswerte der Zündspannungskurve zu erfassen und daraus Schlüsse auf eine einwandfreie oder fehlerhafte Zündung zu ziehen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen vorausgehend drei verschiedene mögliche Zündkurven erläutert werden, an deren charakteristischen Teilen Zündfehler bzw. eine einwandfreie Zündung erkannt werden können. Die Zündspannungskurven sind in den Fig. 1 bis 6 dargestellt.

Fig. 1 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung an der Hochspannungsseite der Zündspule einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung während eines einwandfreien Zündvorgangs. In Fig. 2 ist der Zündspannungsverlauf bei verbleiter Zündkerze dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Zündspannungskurve bei durchschlagendem Kerzenstecker. Die Fig. 4 bis 6 geben in der gleichen Reihenfolge Zündspannungskurven des gleichen Charakters, jedoch mit größerer zeitlicher Auflösung wieder.

In Fig. I werden die charakteristischen Teile einer Zündkurve vorgestellt. Mit 1 wird ein Zündspannungskurventeil bezeichnet, der in der Fachwelt als »Vorspannungslinie« bekannt ist. Der im wesentlichen waagerechte Teil 2 der Kurve nach Fig. 1 wird mit »Brennspannungslinie« bezeichnet. Teil 3 stellt einen Ausschwingvorgang dar und Teil 4 wird durch den Schließvorgang des Unterbrecherkontakts verursacht.

In Fig. 4 werden die einzelnen Teile der Kurve in Folge der größeren zeitlichen Auflösung besser erkennbar. Insbesondere stellt sich die Vorspannungslinie nicht als einheitlicher Spannungsanstieg dar. Vielmehr besteht sie aus einem nahezu linearen Anstiegsteil 5, dem ein kurzer Einbruch 6 folgt. Dieser Einbruch wird durch den Funken Überschlag im Zündver-

teiler der Maschine hervorgerufen. Auf den Einbruch 6 folgt °m weiterer Spannungsanstieg 7 bis zum Einsetzen des Überschlags zwischen den Elektroden der Zündkerze. Im Abschnitt 8 der Fig. 4, dem sogenannten Funkenkopf, bricht die Spannung auf den Wert der Brennspannung 9 des Zündfunkens zusammen.

Fig. 5 zeigt die Zündspannungskurve bei verbleiter oder verölter Zündkerze. Die Vorspannungsnnie is.· gleich der bei der einwandfreien Zündung, Die Spannung baut sich an der Zündspule wie bei der F ig. 4 auf. Die Energie ist jedoch nicht ausreichend, den Funkerikopf 8 zu bilden. Statt des steilen Spannungsabschwungs, wie er in der Fig. 4 zu beobachten ist, bricht die Spannung langsamer über Nebenwiderstände zusammen. Dies ist im Abschnitt 10 der Zünd-Spannungskurve nach Fig. 5 erkennbar.

Die Fig. <& stellt eine Zündspannungslinie bei Funkenüberschlag außerhalb des Brennraums (durchschlagender Kerzenstecker) dar. Die Spannung baut sich wie bei der einwandfreien Zündung in den Teilen 5, 6 und 7 auf. Es erfolgt auch ein Funkenüberschlag, der einen steilen Abschwung 11 zur Folge hat. Es entsteht jedoch keine Brennlinie. Die Spannung steigt vielmehr nach einem oder auch mehreren Überschlägen immer wieder an und geht dann in den Ausschwingvorgang 3 der Fig. 1 über. Aus den 6 Figuren ist zu entnehmen, daß erstens die Zündspannungskurve bei einer einwandfreien Zündung einen steilen Spa.nnungsabschvvung und eine nahezu waagerechte Brerirlinie 9 aufweist. Zweitens ist erkennbar, daß bei einer Fehlzündung in Folge verbleiter oder verölter Zündkerzen der Spannungsabschwung 8 fehlt, die Spannung vielmehr nur langsam entsprechend dem Abschnitt 10 der Fig. 5 fällt. Drittens, beim Kerzensteckerdurchschlag ergeben sich ein oder mehrere steile Abschwiinge 11 nach Fig. 6 mit einem Ausschwingvorgang großer Amplitude.

Bei einem Analysator für die Zündspannungskurven bei Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung mit einem Abgriff auf der Hochspannungsscite der Zündspule und mit zwei daran angeschlossenen Meßkanä.len wen η die drei möglichen Fälle gemäß der Frfindung dadu.h erkennbar, daß der Abgriff mit len Fingangsklemmen eines Amplitudendiskrimimnors für die Rückflanke der »Yorspannungslinie« und eines Amplitudendiskriminators für die »Brennspannungslinie« verbunden ist und Ausgangssignale der Diskrirninatoren parallel an Logikelemente der Funktionen »UND«, »N1CHT-UND« und »UND-NICHT-.« angelegt sind.

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht darauf, daß durch eine Erfassung der Rückflanke der Vorspannungslinie eine Aussage über den erfolgten oder nicht erfolgten Spannungsabschwung erhalten wird. Mit der Diskrimination der Brennspannungslinie wird ein Anhalt dafür erhalten, ob eine Zündung im Zylinder stattgefunden hat oder nicht. Mit Hilfe der logischen Auswertung der beiden Meßwerte kann über eine einwandfreie Zündung bzw, über häufig vorkommende Zündfehler entschieden ^6t> werden. Die Entscheidung liegt als »Ja/Nein«-Aussage von logischen Elementen vor.

Zweckmäßig besteht dabei der Amplitudendiskiiminator für die Rückflanke aus einem Differenzierglied, dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers verbunden ist. An den zweiten Eingang des Differenzverstärkers ist dabei eine Vergleichsspannung angelegt. Als Amplitudendiskriminator für die Brennspannungslinie wird zweckmäßig ein Integrierglied vorgesehen, dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers verbunden ist, dessen zweiter Eingang an eine Vergleichsspannung angelegt ist. Der Ausgang des Differenzvei stärkers liegt dabei an einem Eingang eines UND-Gatters, dessen zweiter Eingang über ein Zeitglied mit dem Eingang des Integriergliedes verbunden ist.

Dem Differenzierglied des Amplitudendiskriminators für die Rückflanke der Vorspannungslinie wird mit Vorteil ein Tiefpaß vorgeschaltet.

Ein Ausführungsbeispiel dei Erfindung wird in Fig. 7 als Prinzipschaltbild gezeigt.

Klemmen Kl und Kl des Schaltbildes werden an einen Abgriff der Hochspanriungsseite der Zündspule angelegt. Der Klemme Kl folgt der Diskriminator für die Rückflanke der Vorspannungslinie, der im einzelnen aus einem Tiefpaß, aus einem Längswiderstand Rl und einer Querkapazität Cl besteht. An den Verbindungspunkt des Widerstands Rl mit der Kapazität Cl ist ein aus einer Längskapazität Cl und einem Querwiderstand Rl bestehendes, Differenzierglied angeschlossen. Der Abgriff des Differenzierglieds ist mit der einen Eingangsklemme eines Differenzverstärker* Vl verbunden. Die andere Eingangsklemme des Differenzverstärkers liegt am Abgriff eines Potentiometers Pl, das Bestandteil eines Spannungsteilers mit den zusätzlichen Widerständen Λ3 und Λ4 ist. Am Potentiometer Pl kann eine Vergleichsspannung eingestellt werden. Die mit der Vergleichsspannung beaufschlagte Eingangsklemme des Verstärkers Vl ist über einen Kondensator C3 geerdet. Die Ausgangsklemme Sl des Differenzverstärkers Vl liegt parallel an ersten Eingängen dreier logischer Schaltungen, die von oben nach unten die Funktionen »UND-NICHT«, »UND« und »N1CHT-UND« erfüllen.

An die Eingangsklemme Kl schließt sich der Amplitudendiskriminator für die Brennspannungslinie an. Im ein/einen ist die Eingangsklemme Kl über ein Integrierglied aus einem Längswiderstand Λ5 und einer Querkapazität C5 mit der einen Eingangsklemme eines Differenzverstärkers Vl verbunden. Die andere Eingangsklemme des Difl'erenzverstärkers Vl liegt am Abgriff eines Potentiometers Pl, das Bestandteil eines Spannungsteilers mit den zusätzlichen Widerständen Rd und Rl ist, und über eine Kapazität C6 an Erde. Der Ausgang des Differenzverstärkers Vl ist an den einen Eingang eines weiteren UND-Gatters gelegt. Der zweite Eingang dieses UND-Gatters ist über ein Zeitglied T mit der Eingangsklemme Kl verbunden. Die Ausgangsklemme des zusätzlichen UND-Gatters UNDl steht parallel mit den zweiten Eingängen der oben erwähnten drei logischen Elemente in Verbindung.

Der Tiefpaß Λ2. C2 vor dem Differenzierglied Cl, Rl bewirkt bei geeigneter Dimensionierung, daß der Differentialquotient der Rückflanke der Vorspannungslinie je nach Größe des Abschwungs unterschiedlich groß wird. Mit Hüte der am Differenzverstärker Vl über Pl angelegten Vergleichsspannung gelingt es, den großen Spannungsabschwung, der zur Funkenbildung an der Zündkerze oder bei fehlerhaftem Kerzenstecker auch zu Durchbrochen an diesem führt, von den Differentialquotienten der Vorfunkenstrecke (Abschnitt 6 der Fig. 4, 5 und 6) oder auch von kurzen, im Abschnitt 9 deir Fig. 4 erkennbaren Wiederzündungen bei schon eingeleiteter, aber beispielsweise durch den Gasstrom wieder unterbrochener Zündung

zu unterscheiden. Bei genügend großem Spannungsabschwung erscheint ein Ausgangssignal an der Klemme 51.

Bei der Integration im Integrationsglied RS, CS erhält man, wenn mit der Integration zu Beginn der Vorspannungslinie begonnen wird, nach einem kurzen Anstieg durch die Vorspannung bei einer einwandfreien Zündung einen linearen langsamen Anstieg des Integrals. Bei Fehlzündungen durch verbleite Kerzen oder Kerzensteckerdurchschläge wird dagegen ein schneller Anstieg des Integrals hervorgerufen. Mit Hilfe des Potentiometers Pl am einen Eingang des Differenzverstärkers Vl wird eine Spannungsschwelle für das Integral festgelegt und mit Hilfe des Zeitglieds nach einer vorgegebenen Zeit festgestellt, ob ein gewisser Spannungswert des Integrals erreicht ist. Wird dieser Wert erreicht, so ist eine Fehlzündung erfolgt.

Die Auswertung der beiden an den Ausgängen

Sl und Sl anliegenden Signale ergeben folgendes Schema:

Sl	1	Sl	= 0	einwandfreie Zündung
Sl	₌ ι	Sl	1	keine Zündung, da Span
				nungsdurchschlag im Ker
				zenstecker
Sl	= 0	Sl	= 1	Zündkerzen verbleit oder
				verölt

Die Beurteilung nach diesem Schema erfolgt in den an die Ausgangsklemmen Sl und Sl angeschalteten logischen Elementen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 23 839

1. Analysator für Zündspannungskurven bei Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung mit einem Abgriff auf der Hochspannungsseite der Zündspule und mit zwei daran angeschlossenen Meßkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff mit den Eingangsklemmen (Kl, K2) eines Amplitudendiskriminators (Cl, Al, Vl) für die Rückflanke der Vorspannungslinie und eines Amplitudendiskriminators (RS, C5, Vl) für die Brennspannungslinie verbunden ist und Ausgangssignale der Diskriminatoren parallel an Logikelemente der Funktionen »UND«, »NICHT-UND« und »UND-NICHT« angelegt sind.

2. Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekenn7eichnet, daß der Amplitudendiskriminator für die Rückflanke der Vorspannungslinie aus einem Differenzierglied (Cl, Al) besteht, dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers (Vl) verbunden ist und an den zweiten Eingang des Differenzverstärkers (Kl) eine Vergleichsspannung angelegt ist.

3. Analysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzierglied (Cl, Al) ein Tiefpaß (Rl, Cl) vorgeschaltet ist.

4. Analysator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudendiskriminator far die Brennspannungslinie aus einem Integrierglied (RS, CS) besteht, dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers (Vl) verbunden ist und an den zweiten Eingang des Differenzverstärkers (Vl) über den Abgriff eines Spannungsteilers (P2) eine Vergleichsspannung angelegt ist, und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (Vl) an einem Eingang eines UND-Gatters (UNDl) liegt, dessen zweiter Eingang über ein Zeitglied (T) mit dem Eingang (Kl) des Integriergliedes (Λ5, C5) verbunden ist.