DE3208587A1

DE3208587A1 - Einrichtung zur erkennung von zuendaussetzern

Info

Publication number: DE3208587A1
Application number: DE19823208587
Authority: DE
Inventors: Heinz-Werner 7447 Aichtal Spaude
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1982-03-10
Publication date: 1983-09-22
Also published as: DE3208587C2; GB2116329A; JPS58170859A; FR2523218B1; FR2523218A1; GB8305995D0; US4547734A; GB2116329B

Description

Daimler-Benz Daim 13 849/4

Aktiengesellschaft g __

7000 Stuttgart 60

Einrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, bei denen die Zündspannung mittels eines Zündverteilers in der vorgesehenen Folge den je einer Zündkerze zugeordneten Zündkreisen der Zündanlage zugeleitet wird und mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten gattungsbestimmenden Merkmalen.

Eine solche Einrichtung ist in Verbindung mit einer üblichen Batteriezündanlage, bei der die Zündspannung im Sekundärkreis einer Zündspule bereitgestellt wird, aus der DE-AS 23 26 839 bekannt.

Zündaussetzer treten auf, wenn die von der Zündspannungsquelle, z.B. einer Zündspule oder eines Zündtransformators gelieferte Spannung nicht dafür ausreichend ist, daß über der Funkenstrecke einer Zündkerze der Zündfunke zustandekommt.

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Mögliche Ursachen für das Auftreten von Zündaussetzern sind z.B.:

- zu großer Elektrodenabstand an der Zündkerze, bedingt durch Kerzenabbrand oder Korrosion

- durch Bleirückstände oder Öl verschmutzte Kerzenelektroden

- sonstige elektrische Nebenschlüsse im Zündkreis

- zu magere Gemischeinstellung oder

- verzögerter Zündzeitpunkt.

Bei nur sporadischem Auftreten verursachen Zündaussetzer einen unrunden Lauf der Brennkraftmaschine, z.B. des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeuges, bei fortgesetztem Auftreten einen drastischen Leistungsabfall desselben. Sie sind in jedem Falle ein Indiz dafür, daß das Motor-Zündanlagensystem nicht einwandfrei arbeitet und die Gefahr einer Schädigung des Motors besteht.

Es ist daher von Interesse, Zündaussetzer, auch wenn diese zunächst nur vereinzelt auftreten, möglichst frühzeitig zu erkennen, um durch geeignete Wartungs- und/oder Reparaturmaßnahmen rechtzeitig einer Schädigung des Motors vorbeugen zu können.

Die bekannte Einrichtung vermittelt aus einer Analyse des Zeitverlaufs der Spannung im Sekundärkreis der Zündspannungsquelle sowohl eine Erkennung von Zündaussetzern als auch - zumindest in beschränktem Umfang - der Ursachen derselben. Sie umfaßt ein über

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einen RC-Tiefpaß galvanisch an die Hochspannungsseite der Zündspannungsquelle ankoppelbares RC-Differenzierglied, dessen Ausgangssignal dem Plus-Eingang eines ersten Differenzverstärkers zugeleitet ist, an dessen Minus-Eingang über einen geeignet einstellbaren Widerstands-Spannungsteiler ein für einen Mindestwert der Zündspannung charakteristisches Spannungs-Vergleichssignal angelegt ist. Das Ausgangssignal dieses ersten, als Amplituden-Diskriminator benutzten Differenzverstärkers ist ein Hoch-Pegel-Signal, wenn die im Sollzeitpunkt der Zündung im Sekundärkreis der Zündspule auftretende Spannungsänderung etwa dem für eine korrekte Funktion der Zündanlage charakteristischen Viert entspricht. Weiter umfaßt die bekannte Einrichtung ein ebenfalls galvanisch an die Hochspannungsseite der Zündspannungsquelle ankoppelbares RC-Integrierglied, dessen Ausgangssignal dem Plus-Eingang eines zweiten Differenzverstärkers zugeleitet ist, an dessen Minus-Eingang ebenfalls mittels eines geeignet einstellbaren Widerstands-Spannungsteilers eine Vergleichsspannung angelegt ist, die so bemessen ist, daß bei ordnungsgemäßer Funktion der Zündanlage die Ausgangsspannung des Integriergliedes, solange der Zündfunke brennt, niedriger als die Brennspannung bleibt. Bei ordnungsgemäßer Funktion der Zündanlage ist somit das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers ein Hoch-Pegel-Ausgangssignal und das Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers, weil das Integral der Brennspannung einen für korrekte Funktion der Zündanlage charakteristischen Schwellenwert nicht überschreitet, ein Niedrig-Pegel-Ausgangssignal. Liegen z.B. Im Zündkreis elektrische Nebenschlüsse vor, aufgrund derer die Zündspannung an der jeweiligen Kerzen-

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funkenstrecke nicht erreicht wird und die Sekundärspannung der Zündspule relativ langsam abklingt, so ist das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers ein Niedrig-Pegel-Signal und das Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers ein Hoch-Pegel-Ausgangssignal. Treten im Rahmen eines Zündspiels bei defektem Kerzenstecker in diesem mehrfache Überschläge auf, wobei an der Kerze der Zündfunke ebenfalls nicht zustande kommt, so ist das Ausgangssignal des zweiten Differenz-Verstärkers in diesem Zündspiel ebenfalls ein Hoch-Pegel-Ausgangssignal, wobei gleichzeitig auch das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers ein Hoch-Pegel-Ausgangssignal sein kann. Die für ordnungsgemäße Funktion und für aus verschiedenen Ursachen resultierende fehlerhafte Funktion der Zündanlage charakteristischen Ausgangssignalkombinationen der beiden Differenzverstärker werden in einer logischen Auswertungsstufe zu entsprechenden Anzeigesignalen verarbeitet.

Die bekannte Einrichtung ist aufgrund ihrer vorstehend erläuterten baulichen und funktioneilen Eigenschaften zumindest mit den folgenden Nachteilen behaftet:

Wenn die Kerzen-Funkenstrecke durch Nebenschlüsse relativ niederohmig überbrückt ist, so daß im Anschluß an den Durchbruch der Verteiler-Funkenstrecke deren Entladungsstrom bei niedriger Brennspannung über die Nebenschlüsse der Zündkerze abfließen kann, so entspricht der Spannungsverlauf im Sekundärkreis der Zündspule mit einer sehr schnellen Spannungsänderung im Zeitpunkt des Durchbruchs der Verteiler-Funkenstrecke und einem niedrigen Wert der Brennspannung

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derselben weitgehend demjenigen eines normalen Zündspiels, und es wird, obwohl der Zündfunke an der Kerze nicht zustandekommt, an den Ausgängen der beiden Differenzverstärker eine Ausgangssignalkombination erzeugt, die derjenigen eines normalen Zündvorgangs entspricht; auf diese Weise zustandegekommene Zündaussetzer können daher einerseits von der bekannten Einrichtung nicht zuverlässig erfaßt werden. Andererseits ist es in Fällen, in denen der Zündspannungsbedarf der Kerzen-Funkenstrecke sehr niedrig ist, bei der bekannten Einrichtung möglich, daß der erste Amplituden-Diskriminator nicht anspricht, weil die mit dem Funkenkopf verknüpfte Spannungsänderung zu gering ist und dadurch an den Ausgängen der beiden Differenzverstärker eine für fehlerhafte Funktion der Zündanlage charakteristische Signalkombination erzeugt wird. Als fahrzeugseitiges Bordgerät, das dem Fahrer möglichst umfassende Hinweise dafür vermitteln soll, wann eine Wartungsarbeit erforderlich ist, andererseits aber unnötige Wartungsarbeiten vermeiden helfen soll, kommt die bekannte Einrichtung daher, ungeachtet ihrer Eignung zur Diagnose einer beschränkten Anzahl von Fehlerursachen im Zündsystem eines Fahrzeugmotors, nicht in Betracht. Es kommt hinzu, daß die bekannte Einrichtung aufgrund ihres komplizierten Aufbaus hierfür zu aufwendig und teuer wäre. Dies gälte auch dann noch, wenn in denkbarer Vereinfachung ihres Aufbaues im Rahmen ihrer Auswertungsstufe lediglich eine die Erkennung von Zündaussetzern vermittelnde logische Verknüpfung der Ausgangssignale der beiden Amplituden-Diskriminatoren realisiert wäre.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässigere und umfassendere Erkennung von Zündaussetzern einer Brennkraftmaschine vermittelt und dabei hinreichend einfach und preisgünstig herstellbar ist, um gegebenenfalls als Bordgerät eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale auf einfache Weise gelöst. Hiernach ist jedem der je eine Zündkerze enthaltenden Zündkreise der Brennkraftmaschine ein als Differenzierglied ausgenutztes Hochpaßfilter zugeordnet, dessen untere Grenzfrequenz hinreichend hoch gewählt ist, daß es nur auf sehr rasch erfolgende Spannungsänderungen, e.h. die im Zündzeitpunkt einsetzende, mit dem sogenannten Funkenkopf verknüpfte Spannungsänderungen anspricht und entsprechend hochfrequente Spannungssignale überträgt; diese Hochpaßfilter sind - vorzugsweise kapazitiv - zwischen dem Zündverteiler und der Kerze des jeweiligen Zündkreises an diesen angekoppelt; sie sind so ausgebildet, daß sie ausschließlich aus der mit der Ausbildung des Funkenkopfes verknüpften Spannungsänderung verknüpfte Differenziersignale zur Auswertungsstufe übertragen, während Differenziersignale, die mit Spannungsänderungen des entgegengesetzten Änderungssinnes verknüpft sind, durch Kurzschlußglieder, z.B. geeignet gepolte Dioden, unterdrückt werden. Dadurch wird insgesamt vermieden, daß über der Vorfunkenstrecke des Zündverteilers auftretende Spannungsänderungen über die Hochpaßfilter zur Auswertungsstufe weitergeleitet werden und dadurch

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eine ordnungsgemäße Funktion der Zündanlage vorgetäuscht wird, obwohl objektiv eine Fehlersituation vorliegt. Die erfindungsgemäße Einrichtung vermittelt insoweit eine zuverlässigere Erkennung von Zündaussetzern und ist demzufolge auch besser für einen Einsatz als Bordgerät eines Fahrzeuges geeignet; darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Einrichtung, gegebenenfalls unter Ausnutzung fahrzeugseitig vorhandener elektronischer Drehzahlgeber im Rahmen ihrer Referenzstufe, kostengünstig realisierbar und daher insoweit für einen Einsatz als Bordgerät in einem Kraftfahrzeug besser geeignet.

Wenn der Frequenzabstand der unteren Grenzfrequenz der Hochpaßfilter von der elektrischen Eigenschwingung der Zündkreise der Brennkraftmaschine dem im Anspruch 2 angegebenen Wert entspricht, können, wie gemäß Anspruch 3 vorgesehen, als Hochpaßfilter einfache RC-Filter eingesetzt werden, wobei durch die Merkmale des Anspruchs 4 eine Dimensionierung derselben angegeben ist, die sich in praktischen Versuchen als besonders zweckmäßig herausgestellt hat.

Bei einer solchen Auslegung der Hochpaßfilter bzw. Differenzierglieder können deren Koppelkapazitäten mit Vorteil in der durch die Merkmale des Anspruchs 5 umrissenen und in der durch die Merkmale des Anspruchs 6 näher spezifizierten Gestaltung realisiert sein, durch die auf einfache Weise auch die schaltungstechnische ODER-Verknüpfung der Filter-Ausgangssignale erreicht wird.

In Verbindung damit ist durch die Merkmale des Anspruchs eine für die Unterdrückung von störenden elektrischen

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Streufeldern günstige Anordnung des gemeinsamen Ableitwiderstandes der Hochpaßfilter angegeben.

Wenn, wie gemäß Anspruch 8 vorgesehen, die Hochpaßfilter zwischen dem für jede Kerze vorgesehenen Entstörwiderstand, der im Kerzenstecker untergebracht ist, und der Kerzen-Funkenstrecke angekoppelt sind, wobei die Koppelkapazitäten zweckmäßigerweise die im Anspruch 9 angegebene Gestaltung haben, können mit Vorteil Filter eingesetzt werden, deren untere Grenzfrequenz gemäß Anspruch 10 wesentlich höher ist als der im Anspruch 2 angegebene Wert und z.B. bei etwa 100 MHz oder noch höher liegt. Bei einer solchen Auslegung der Filter können diese nur noch Spannungsänderungssignale übertragen, die durch entsprechend rasch ablaufende Spannungsänderungen ausgelöst werden. Eine hinreichend schnelle Änderung der Kerzenspannung ist in der ersten Phase der Ausbildung des Funkenkopfes gegeben, solange dieser aus der Entladung der Kerzenkapazität gespeist wird, deren Entladezeitkonstante um zwei bis drei Größenordnungen kleiner ist als die im wesentlichen durch die erheblich größeren Kapazitäten der Zündleitungen und der Entstörwiderstände bestimmten Entladezeitkonstanten der einzelnen Zündkerzen; es ist daher bei einer derartigen Ankopplung der Hochpaßfilter und Auslegung derselben bestmögliche Gewähr dafür gegeben, daß beim Auftreten eines Filter-Ausgangssignals dieses tatsächlich durch einen an der Kerzen-Funkenstrecke überspringenden Zündfunken ausgelöst worden ist. Dabei kann es auch zweckmäßig sein, wenn zusätzlich zu den an den Kerzen angekoppelten Hochpaßfiltern mit hoher Grenzfrequenz auch ein Satz Filter mit niedrigerer Grenzfrequenz vorgesehen ist, die zwischen dem Zündverteiler und dem Entstörwiderstand angekoppelt sind. Wird in diesem

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Falle über die "langsamen" Filter ein Zündfunkensignal übertragen, über die "schnellen", an die Kerzen angekoppelten Filter jedoch nicht, so steht fest, daß das übertragene Signal nur von einem von der Zündleitung ausgehenden Überschlag herrühren kann, und es wird insoweit auch die Lokalisierung eines in der Zündanlage aufgetretenen Fehlers erleichtert.

Entsprechendes gilt, wenn, zusätzlich oder alternativ zu den "langsamen" und/oder "schnellen" Hochpaßfiltern eine durch die Merkmale des Anspruchs 11 umrissen Strom-Sensor-Einrichtung vorgesehen ist, die ein in der Auswertungsstufe zu verarbeitendes Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn über die Kerzen-Funkenstrecke der mit dem Funkenkopf verknüpfte hohe Zündfunkenstrom fließt.

Durch die Merkmale des Anspruchs 12 ist eine diesbezüglich geeignete Ausbildung und Anordnung eines Strom-Sensors angegeben.

Schließlich sind durch die Merkmale der Ansprüche 13 und 14 mit einfachen Mitteln der elektronischen Schaltungstechnik realisierbare Gestaltungen einer Referenzstufe und einer Auswertungsstufe sowie einer Anzeigeeinrichtung angegeben, die eine zuverlässige Verarbeitung der Hochpaßfilter- bzw. Strom-Sensor-Ausgangssignale zu Zündaussetzer-Erkennungssignalen und deren Zündkreisbezogene Anzeige vermitteln.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

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Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern in teilweise stark vereinfachter Blockschaltbilddarstellung ,

Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Funktion der Einrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen für ordnungsgemäßen Ablauf eines Zündspiels charakteristischen Zeitverlauf der Spannung im Sekundärkreis einer als Zündspannungsquelle ausgebildeten Zündspule und

Fig. 4 eine spezielle Gestaltung von im Rahmen der Einrichtung gemäß Fig. 1 vorgesehenen Differenziergliedern.

Die Fig. 1, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, die zum Zweck der Erläuterung speziell als 4-Zylinder-Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges vorausgesetzt und durch ihre im linken Teil der Fig. 1 dargestellte Zündanlage 11 repräsentiert ist. Diese Zündanlage 11 ist, der Einfachheit halber und ohne Beschränkung der Allgemeinheit, als ihrem Aufbau und ihrer Funktion nach bekannte, konventionelle Spulen-Zündanlage dargestellt, die eine als Zündenergiespeicher und Zündhochspannungsquelle benutzte Zündspule 12 aufweist, deren Primärwicklung bei eingeschalteter Zündung, d.h. bei geschlossenem Zündschalter 14 mit ihrer Plus-Anschlußklemme 15 an die Fahrzeugbatterie 16 angeschlossen ist, und deren Sekundärwicklung 17 mit ihrer Hochspannungs-Anschlußklemme 4 mit dem Verteilerfinger 18 des Zündverteilers 19 leitend verbunden ist, über den die Ausgangs-

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Hochspannung der Zündspule 17 in der vorgesehenen Zündfolge den den einzelnen Zündkerzen 21 bis 24, die in der Fig. 1 durch je eine Funkenstrecke repräsentiert sind, zugeordneten Zündkreisen zugeleitet ist. Mit den Kerzen 21 bis 24 in Reihe geschaltete Entstörwiderstände, die in den von den Festelektroden 26 bis 29 des Zündverteilers zu den Kerzen 21 bis 24 führenden Zündleitungen 31 bis 34 liegen und in den nicht dargestellten Kerzensteckern untergebracht sind, sind mit bis 39 bezeichnet. Zum Unterbrecherkontakt 41 des Unterbrechers 42, der in einer mit der Aktivierung der einzelnen Zündkreise korrelierten periodischen Folge den von der gemeinsamen Anschlußklemme 1 der Primärwicklung 13 und der Sekundärwicklung 17 der Zündspule 12 zur Schaltungsmasse führenden Strompfad 43 unterbricht und wieder freigibt, ist der Zündkondensator 44 parallelgeschaltet.

Der für ein ordnungsgemäß ablaufendes Zündspiel der Zündanlage 11 sich ergebende Zeitverlauf der Sekundärspannung der Zündspule 12 ist in ausgezogenen Linien der Fig. 3 dargestellt, auf die zur Erläuterung der Funktion der Zündanlage 11 sowie im folgenden mehrfach verwendeter Begriffe zunächst verwiesen sei, wobei davon ausgegangen ist, daß zur Erzeugung des Zündfunkens die negative Ausgangs-Hochspannung der Zündspule 12 an die Zentralelektrode der jeweils aktivierten Zündkerze 21 bis 24 angelegt ist und deren Gegenelektrode auf Masse liegt.

Im Zeitpunkt t_Q wird der nockengesteuerte Unterbrecherkontakt 41 des Unterbrechers 4 2 geöffnet und der Strom-

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pfad 43, über dem zuvor der Primärstrom der Zündspule 12 floß, unterbrochen. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 17 der Zündspule 12 eine betragsmäßig rasch anwachsende Negativ-Hochspannung induziert. Abgesehen von einer in der Fig. 3 nicht dargestellten kurzen Anfangsphase, in der die Zündspule belastende Kapazitäten aufgeladen werden, beträgt die Steilheit der praktisch im Zeitpunkt t_Q einsetzenden Spannungsänderung ca. 0,5 kV/ms, Auf diese, in der Fig. 3 durch den ersten Abschnitt der Sekundärspannungs-Verlaufskurve wiedergegebene, einleitende, dem Vorzeichen nach abnehmende Phase der direkt an der Zündspule abgreifbaren Sekundärspannung derselben folgt im Zeitpunkt t ein dem Vorzeichen nach positiver Spannungsanstieg 47, der aus einem kurzzeitigen Zusammenbrechen der Spannung im Sekundärkreis der Zündspule resultiert, wenn im Zündverteiler die durch den rotierenden Verteilerfingerkontakt und die dem jeweils aktivierten Zündkreis zugeordnete Festelektrode 26, 27, 28 oder 29 gebildete Vorfunkenstrecke durchbricht und dadurch leitend wird. Von diesem Zeitpunkt an wächst, wie durch den zweiten abfallenden Ast 48 der Sekundärspannungs-Verlaufskurve wiedergegeben, die - negative - Sekundärspannung der Zündspule 12 mit nunmehr etwas geringerer Steilheit wieder rasch an, wobei die an der jeweiligen Zündkerze wirksame Spannung vom Zeitpunkt t an mit etwa dem gestrichelt eingezeichneten Verlauf 49 der Sekundärspannung der Zündspule 12 folgt, bis im Zündzeitpunkt t_ an der Kerze deren Zündspannung U von z.B. 15 kV erreicht und der Zündfunke ausgelöst wird; dieser setzt mit einem kurzdauernden, stromstarken Funkenkopf ein, mit dem ein zweiter, sehr schnell erfolgender Spannungsanstieg 51 der Kerzenspannung sowie der Zündspulen-Ausgangsspannung ver-

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knüpft ist, in dem die Spannung an der Zündkerze mit einer Steilheit von 1 kV/ns auf den relativ niedrigen Betrag der Brennspannung U_R von z.B. 500 V zusammenbricht, bei welcher der sich an den Funkenkopf 51 anschließende Funkenschwanz 52 weiterbrennt, bis schließlich nach einer typischen Funkendauer T„ von z.B. 1,5 ms die in der Zündspule 12 während der vorausgegangenen Schließphase des Unterbrechers gespeicherte Energie soweit verbraucht ist, bis im Zeitpunkt t_p der Zündfunke abreißt und die noch vorhandene Restenergie in der Ausschwingphase 53 in gedämpften Strom- und Spannungsschwingungen abklingt. Die während der Funkendauer T_p an der Zündspule 12 abgreifbare Ausgangsspannung ist betragsmäßig um die Brennspannung der Vorfunkenstrecke größer als die Brennspannung U_ß der Kerzen-Funkenstrecke .

Kommt der Zündfunke an der Kerze, z.B. wegen eines zu hohen Zündspannungsbedarfs als mögliche Ursache für einen Zündaussetzer nicht zustande, so ergibt sich für die Spannung an der Kerze bzw. die Sekundärspannung der Zündspule der Verlauf einer mit der Eigenschwingungsfrequenz des Zündkreises behafteten, gedämpften Sinusschwingung, die der Leerlaufspannung der Zündspule 12 entspricht und deren erste Halbwelle 54 in der Fig.

ebenfalls gestrichelt angedeutet ist.

Um sowohl solche, aus einem überhöhten Zündspannungsbedarf und/oder aus den weiteren einleitend genannten Ursachen resultierende Zündaussetzer zuverlässig erkennen zu können, ist die erfindungsgemäße Einrichtung 10 gemäß Fig. 1 in spezieller Ausgestaltung wie folgt aufgebaut:

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Funktionswesentliches Element der Einrichtung 10 ist eine insgesamt mit 56 bezeichnete Hochpaßfilter-Schaltung, deren untere Grenzfrequenz etwa ein MHZ beträgt und damit ca. 100 mal größer ist als die elektrische Eigenschwingungsfrequenz der im Sekundärkreis der Zündspule 12 liegenden Zündkreise der Zündanlage 11. Die Hochpaßfilter-Schaltung 56 ist beim dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel jeweils zwischen den Festelektroden 26 bis 29 und den Entstörwiderständen 36 bis 39 kapazitiv an die einzelnen Zündkreise der Brennkraftmaschine angekoppelt. Sie ist so ausgelegt, daß sie ausschließlich auf die vom Zustandekommen eines Zündfunkens herrührenden, mit der Ausbildung des Funkenkopfes verknüpften Spannungsanstiege 51 der Zündspannungsimpulse anspricht und nur von diesen abgeleitete Signale an eine insgesamt mit 57 bezeichnete Auswertungs- und Anzeigestufe überträgt, die aus einer geeigneten Verarbeitung der Filter-Ausgangssignale mit weiteren, von einer insgesamt mit 58 bezeichneten Referenzstufe abgegebenen Auswertungsimpulsen die für die Erkennung von Zündaussetzern geeigneten Signale zur Ansteuerung einer Anzeige 59 erzeugt.

Beim dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel sind die inzelnen Hochpaßfilter der Schaltungseinheit 56 als einfache RC-Differenzierglieder mit einem gemeinsamen Ableitwiderstand 60 von ca. 100 0hm ausgebildet.

Als Koppelkapazitäten 61 bis 64 dieser RC-Differenzierglieder 60, 61 bis 60, 64 sind dabei, wie in der Fig. 4 in verschiedenen Varianten dargestellt, die zwischen Flächenelektroden 66, die auf die Isolationsmäntel 67 der Zündleitungen 31 bis 34 aufgebracht sind

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und den von diesen Flächenelektroden 66 vollständig oder nur sektorförmig umschlossenen Abschnitten der Zündleitungsadern 68 vorhandenen Kapazitäten ausgenutzt, die in der Größenordnung von 5 bis 10 pF betragen, wenn die Länge der umschlossenen Zündleitungsabschnitte ca. 1 cm beträgt. In der in der Fig. 4 wiedergegebenen speziellen Gestaltung sind die Flächenelektroden 66 zusammenhängend als Biegeteil aus einem flachstabförmigen Leiter gefertigt, der seinerseits in einem isolierenden Kunststoffmantel 65 eingebettet ist. Dieser Mantelelektrodenkörper kann auch zur mechanischen Fixierung der Zündleitungen 31 bis 34 mit ausgenutzt werden.

Zu dem gemeinsamen Ableitwiderstand 60 der Differenzier- bzw. Hochpaßfilter-Glieder 60, 61 bis 6O, 64 ist eine bezüglich negativer Spannungsimpulse in Durchlaßrichtung gepolte Zenerdiode 69 parallelgeschaltet, die für solche negativen Spannungsimpulse einen Kurzschluß darstellt und somit deren Weiterleitung zur Auswertungsstufe 57 verhindert und gleichzeitig die Spitzenpegel der zu der Auswertungsstufe 57 übertragenen Spannungsimpulse auf einen für deren weitere Verarbeitung geeigneten Wert von z.B. 12V begrenzt.

Im folgenden sei zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktion der Referenzstufe 58 und der Auswertungsstufe 57 zusätzlich auf die Fig. 2 Bezug genommen, die für eine Folge von ordnungsgemäß ablaufenden Zündspielen und zwischen diesen auftretenden Zündaussetzern, die im obersten Impulszug 71 der Fig. 2 jeweils durch in ausgezogenen Linien dargestellte bzw. gestrichelt angedeutete Zündimpulse 72 bzw. 73 wiedergegeben sind, den Zeitverlauf der in den einzelnen Funktionselementen erzeugten Spannungssignale wiedergibt.

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Im Rahmen der Referenzstufe 58 ist ein mit dem Unterbrecher 42 synchronisierter Referenzimpulsgeber 74 vorgesehen, der im Zündzeitpunkt t„ bzw. im Soll-Zündzeitpunkt einsetzende Hoch-Pegel-Rechteckimpulse 76 erzeugt, deren seitliche Folge durch den zweiten Impulszug 77 der Fig. 2 wiedergegeben ist. Eine typische Dauer dieser Impulse 76, die etwa mit dem Abklingen des Zündfunkens wieder abfallen, beträgt 2 ms. Die Ausgangsimpulse sind über einen Widerstand 78 der Basis eines in Emitterschaltung als Inverter betriebenen NPN-Transistors 79 zugeführt, dessen Kollektor-Ausgangssignal durch den dritten Impulszug 81 der Fig. 2 wiedergegeben ist. Aus einer Differentiation der ansteigenden Rückflanken 82 der Kollektor-Ausgangsimpulse 83 mittels eines RC-Differenziergliedes 84, zu dessen Ableitwiderstand 86 eine bezüglich negativer Spannungsspitzen in Durchlaßrichtung gepolte Diode 87 paral^elgeschaltet ist, werden die im vierten Impulszug 88 der Fig. 2 wiedergegebenen, mit den Rückflanken 82 der Kollektor-Ausgangsimpulse einsetzenden Differenzierimpulse 89 erzeugt. Diese Differenzierimpulse 89 werden einem Impulsformer 91, der als einfacher Buffer ausgebildet sein kann, zugeleitet, der mit den Anstiegsflanken der Differenzierimpulse 89 einsetzende Hoch-Pegel-Rechteckimpulse 92 mit einer typischen Impulsdauer von ca. 1 ms erzeugt, deren zeitliche Folge durch den fünften Impulszug 93 der Fig. 2 wiedergegeben ist. Diese Rechteckimpulse 92 sind in einer im folgenden noch näher zu erläuternden Weise als Auswerteimpulse für die Erkennung von Zündaussetzern ausgenutzt.

An den Ausgang 94 des Impulsformers 91 ist der Koppel-

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kondensator 96 eines RC-Differenziergliedes angeschlossen, dessen Ableitwiderstand 97 mit dem Pluspol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist. Parallel zu diesem Ableitwiderstand 97 ist eine bezüglich dieser Versorgungsspannung in Sperrichtung gepolte Diode 98 geschaltet. Mit dem im sechsten Impulszug 99 der Fig. wiedergegebenen Differenzier-Ausgangsimpuls 101, deren steil abfallende Vorderflanken 102 mit den abfallenden Rückflanken 103 der Auswertungsimpulse 92 zusammenfallen, wird ein weiterer Impulsformer 104, der als Inverter arbeitet, angesteuert, der die im siebten Impulszug 106 der Fig. 2 wiedergegebenen Rechteckimpulse 107 erzeugt, deren typsiche Dauer derjenigen der Ausgangsimpulse 92 des ersten Impulsformers 91 entspricht.

Im Rahmen der Auswertungsstufe 57 ist eine Z.B. als RS-Flipflop ausgebildete Kippstufe 108 vorgesehen, die durch die Hoch-Pegel-Ausgangsimpulse 107 des als Setzimpulsgeber ausgenutzten Impulsformers 104 auf hohen Ausgangssignalpegel und durch die im achten Impulszug 109 in ihrer zeitlichen Folge wiedergegebenen rasch abfallenden Differenzier-Ausgangssignale 111 der Hochpaßfilter-Schaltung 56 auf niedrigen Ausgangssignalpegel zurücksetzbar ist. Das mit der im ersten Impulszug 71 wiedergegebenen Folge von ordnungsgemäßen Zündspielen und wiederholt und vereinzelt auftretenden Zündaussetzern 73 verknüpfte Spannungs-Ausgangssignal der Kippstufe 108 ist im neunten Impulszug 112 der Fig. 2 wiedergegeben. Das Spannungs-Ausgangssignal 112 der Kippstufe 108 ist dem einen Eingang 113 eines Zwei-Eingangs-UND-Gliedes 114 zugeleitet, das an einem anderen Eingang 116 die Ausgangsimpulse 92 des ersten,

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hierdurch als Auswerte-Impulsgeber ausgenutzten Impuls formers 91 empfängt.

Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 114 ist ein Niedrig-Pegel-Signal, solange auf einen Setzimpuls 107 im nachfolgenden Zündspiel der für das Zustandekommen eines Zündfunkens charakteristische Differenzierimpuls 101 erzeugt wird, der die Kippstufe 108 wieder zurücksetzt. Ist dies jedoch wegen eines Zündaussetzers nicht der Fall, so löst der nächste hierauf folgende Auswerteimpuls 103 am Ausgang des UND-Gliedes 114 einen Aussetzer-Erkennungsimpuls 115 aus, deren für das gewählte Erläuterungsbeispiel charakteristische zeitliche Folge durch den zehnten Impulszug 117 der Fig. 2 wiedergegeben ist.

Zur Identifizierung des beim Auftreten von Zündaussetzern jeweils betroffenen Zündkreises ist ein Ringzähler 118 vorgesehen, der durch seine verschiedenen Zählerstands-Ausgangssignale den jeweils aktivierten bzw. überwachten Zündkreis bezeichnet. Dieser Ringzähler 118 empfängt als Synchronisierimpulse 119 die im elften Impulszug 121 der Fig. 2 in ihrer zeitlichen Folge dargestellten Ausgangsimpulse eines geeigneten Gebers 122, mit dem für die Aktivierung eines bestimmten Zündkreises der Brennkraftmaschine charakteristisehen Ausgangssignale z.B. an der Zündleitung 31 des dem ersten Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Zündkreises kapazitiv oder induktiv abgreifbar sind.

Als Takt-Eingangssignale sind dem Ringzähler 118 die

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im zwölften Impulszug 122 der Fig. 2 wiedergegebenen, kurz dauernden Ausgangsimpulse 123 eines insgesamt mit 124 bezeichneten Taktimpulsgebers zugeleitet, die wiederum aus einer Differenziation der Anstiegsflanken der Ausgangsimpulse 76 des Referenzimpulsgebers 74 und zweckentsprechender Impulsformung mittels eines Buffers 126 erzeugt werden.

Im Rahmen der Anzeige 59 ist für jeden Zündkreis ein eigenes Anzeigenfeld mit LED-Anzeigedioden vorgesehen, die mit den Ausgangssignalen des UND-Gliedes 114 parallel und mit den Zühlerstands-Ausgangssignalen des Ringzählers 118 je einzeln angesteuert sind.

Es versteht sich, daß in Fällen, in denen anstelle einer konventionellen Zündanlage 11 eine elektronisch gesteuerte Zündanlage vorgesehen ist, der in deren Rahmen als Zündimpulsgeber vorgesehene Induktionsgeber oder Hall-Geber anstelle des Gebers 74 gemäß Fig. 1 als Referenzimpulsgeber ausgenutzt werden kann.

Eine vorteilhafte Abwandlung der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 kann auch darin bestehen, daß ein Satz von Hochpaßfiltern vorgesehen ist, die zwischen den Entstörwiderständen 36 bis 39 und den Kerzen 21 bis an die einzelnen Zündkreise angekoppelt sind und eine untere Grenzfrequenz von ca. 100 MHz haben und damit nur noch auf sehr rasch ablaufende Spannungsänderungen ansprechen. Eine derartig kurzzeitige Spannungsänderung ist die beim Einsetzen des Zündfunkens eintretende Entladung der Kerzenkapazität für sich allein gesehen, deren Steilheit noch um ein bis drei Größenordnungen

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größer ist als die Steilheit der mit der Ausbildung des Funkenkopfes 51 verknüpfte Spannungsänderung. Bei einer solchen Gestaltung der Einrichtung 10 sind den Flächenelektroden 66 der Koppelkapazitäten 61 bis 64 gemäß Fig. 1 funktionsanaloge Mantelelektroden zweckmäßigerweise direkt auf die Isolationskörper der Zündkerzen aufgebracht und über je einen Ableitwiderstand an die Schaltungsmasse angeschlossen. In dieser Weise ausgebildete Hochpaßfilter übertragen ein Ausgangssignal auf die Auswertungsstufe 57 nur dann, wenn an den Kerzen 21 bis 24 tatsächlich ein Zündfunke zustandekommt.

Hochpaßfilter mit dieser Eigenschaft können auch als induktiv an die Kerzen angekoppelte Filter ausgebildet sein, die ein für den mit dem Funkenkopf 51 des Zündfunkens verknüpften hohen Strom charakteristisches Ausgangssignal erzeugen.

Claims

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Aktiengesellschaft g _Q

Stuttgart 60

Patentansprüche

Ünrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, bei denen die Zündspannung mittels eines Zündverteilers in der vorgesehenen Folge den je eine Zündkerze umfassenden Zündkreisen der Zündanlage zugeleitet wird, mit mindestens einer als Hochpaßfilter ausgebildeten Differenzierstufe, die ein mit der Zündspannungsnadel eines Zündvorgangs verknüpftes Impulssignal erzeugt, aus dessen Verarbeitung mit einem weiteren, für den Zündvorgang ehrakteristischen elektrischen Signal eine Äuswertungsstufe für korrekte oder fehlerhafte Funktion der Zündanlage charakteristische, zur Anzeige bringbare Ausgangssignale erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Zündkreis der Brennkraftmaschine ein Hochpaßfilter (60, 61 bis 60, 64) vorgesehen ist, mit dem aus dem Zündkreis ein Spannungssignal auskoppelbar ist, das ausschließlich mit der mit dem Einsetzen des Zündfunkens über der Funkenstrecke der Kerze auftretenden Spannungs-

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änderung verknüpft ist, daß diese Hochpaßfilter (60, 61 bis 60, 64) zwischen den Festelektroden (26, 2Ί_f 28, 29) des Zündverteilers (19) und den Zündkerzen (21, 22, 23, 24) an die jeweiligen Zündkreise angekoppelt sind, daß weiter eine Referenzstufe (58) vorgesehen ist, die für die Sollzeitpunkte der Zündkreise der Brennkraftmaschine ehrakteristische elektrische Ausgangssignale erzeugt, und daß die Auswertungsstufe (57), der die Ausgangssignale der Hochpaßfilter im Sinne einer ODER-Verknüpfung der Filter-Ausgangssignale (101) und der Referenzstufen-Ausgangssignalimpulse die für ordnungsgemäße bzw. fehlerhafte Funktion der Zündanlage (11) charakteristischen Ausgangssignale erzeugt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenzfrequenz der Hochpaßfilter (60, 61 bzw. 60, 64) mindestens 100 mal größer ist als die Eigenschwingungsfrequenz des jeweiligen Zündkreises, mit der in diesem nach dem Aussetzen des Zündfunkens die Kerzenspannung abklingt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochpaßfilter als RC-Differenzierglieder ausgebildet sind, die je einen Koppelkondensator (61, 62, 63, 64) und einen gemeinsamen Ableitwiderstand (60) umfaßt, zu dem eine Diode (69) parallel geschaltet ist, die bezüglich der mit dem Einsetzen des Zündfunkens verknüpften Differenzierimpulsen (100) in Sperrichtung gepolt ist.

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4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelkapazitäten (61 bis 64) der RC-Glieder (60, 61 bis 60, 64) klein sind gegen die Leitungskapazitäten der Zündleitungen (31 bis 34), und daß der Ableitwiderstand (60) einen Wert von ca. 100 Ohm hat.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitiven Elemente der als Hochpaßfilter eingesetzten RC-Glieder (60, 61 bis 6O, 64) an den Zündleitungen (31 bis 34) anbringbare Flächenelektroden (66) umfassen, die die Zündleitungen (31 bis 34) sektorförmig oder vollständig umschließen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektroden (66) der Koppelkapazitäten (61 bis 64) als die Zündleitungen (31 bis 34) auf einen Umfangsbereich von mindestens 180 umschliessende und an deren Isolationsmantel (67) satt anliegende, elastisch aufweitbare und über Zwischenstücke zusammenhängende Bügel ausgebildet sind, die aus einem flachstabförmigen isolierten Leitermaterial gefertigt sind.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitwiderstand (60) der RC-Glieder (60, 61 bis 60, 64), über den deren Koppelkapazitäten mit der Schaltungsmasse verbunden sind, in unmittelbarer Nähe der Koppelkapazitäten (61 bis 64) angeordnet ist.

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8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren der RC-Hochpaßfilter (60, 61 bis 60, 64) zwischen den Kerzenfunkenstrecken und den mit diesen in Reihe geschalteten Entstörwiderständen (36 bis 39) an die einzelnen Zündkreise angekoppelt sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Koppelkapazitäten der Hochpaßfilter auf die Isolationskörper der Zündkerzen (21 bis 24) aufgebrachte zylindrische Mantelelektroden vorgesehen sind, die über je einen Ableitwiderstand an die Schaltungsmasse' angeschlossen sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenzfrequenz der zwischen den Entstörwiderständen (36 bis 39) und den Funkenstrecken der Zündkerzen (21 bis 24) an die Zündkreise der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine angekoppelten Hochpaßfilter mindestens 50 bis 100 MHz beträgt.
11. Einrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom-Sensor vorgesehen ist, der ein für den mit dem Funkenkopf des Zündfunkens verknüpften Strom charakteristisches Ausgangssignal erzeugt.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Strom-Sensor eine im Kerzenstecker oder am Isolationskörper der Zündkerzen (21 bis 24) des jeweiligen Zündkreises angeordnete Induktionswicklung vorgesehen ist.

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13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Referenzstufe (58) ein Referenzsignalgeber (74) vorgesehen ist, der im Zündzeitpunkt einsetzende Referenzimpulse (76) erzeugt, weiter ein Auswerteimpulsgeber (91), der mit der Rückflanke der Referenzimpulse (76) einsetzende, kurz dauernde Auswerteimpulse (92) erzeugt, sowie ein Setz-Impulsgeber (104), der seinerseits mit der Rückflanke der Auswerteimpulse

(92) einsetzende Setzimpulse (107) kurzer Dauer erzeugt, und daß im Rahmen der Auswertungsstufe (57) eine durch die Setzimpulse der Referenzstufe (58) auf definierten, z.B. hohen Ausgangssignalpegel setzbare und durch die Ausgangsimpulse (101) der Hochpaßfilter-Schaltung (56) zurücksetzbare Kippstufe (108) vorgesehen ist, deren Ausgangssignal dem einen Eingang (113) eines Zwei-Eingangs-UND-Gliedes (114) zugeleitet ist, das an seinem anderen Eingang (116) die Auswerteimpulse (92) der Referenzstufe (58) empfängt.
14. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsstufe (57) einen Ringzähler (118) aufweist, der jeweils durch einen von der Zündspannung an einem bestimmten, z.B. dem ersten Zylinder der Brennkraftmaschine abgeleiteten Synchronisierimpuls (119) zurücksetzbar ist, als Zählimpulse im Zündzeitpunkt der einzelnen Zündkreise einsetzende Taktimpulse (113) empfängt und durch seine Zähierstands-Ausgangssignale den jeweils aktivierten Zündkreis bezeichnet, und daß jedem Zündkreis eine LED-Anzeige zugeordnet isu, die durch die Ausgangs-

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Signale des UND-Gliedes (114) und des Ringzählers (118) aktivierbar sind, wobei die einzelnen Anzeigen bezüglich des UND-Glied-Ausgangssignals parallel geschaltet sind und die Zählerstands-Ausgangssignale den entsprechenden Anzeigeelementen einzeln zugeleitet sind.