DE3785439T2

DE3785439T2 - Verfahren und geraet zur feststellung und anzeige von zuendungsanomalien beim betrieb von zuendsystemen von verbrennungsmaschinen, insbesondere fuer mit einem katalysator ausgestattete motorfahrzeuge.

Info

Publication number: DE3785439T2
Application number: DE87830473T
Authority: DE
Inventors: Onofrio Francesco D; Nunzio Vittorio Di
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1987-01-09
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2007-12-30
Also published as: EP0277468B1; DE3785439D1; EP0277468A1; IT1206836B; ES2039478T3; BR8706934A; IT8767010A0; US5017874A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen und zum Anzeigen von Anomalien im Betrieb von Zündsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere aber nicht ausschließlich für Kraftfahrzeuge, die einen Katalysator-Schalldämpfer aufweisen, von der Gattung, welche im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 definiert ist.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung des Stands der Technik auf diesem Gebiet ist in der US-A-4 558 280 offenbart.
Es ist bekannt, daß bei bestimmten Umwelt- oder klimatischen Bedingungen, z. B. bei schwerem atmosphärischen Niederschlag, bei Zündsystemen von Brennkraftmaschinen Betriebsschwierigkeiten oder Unregelmäßigkeiten im Betriebsablauf oder Startschwierigkeiten auftreten können.
Es ist auch möglich, daß andere Bedingungen auftreten, die für den Benutzer nicht immer deutlich wahrnehmbar sind, bei welchen die Funkenerzeugung durch die Zündkerze nicht korrekt erfolgt und das Brennstoff-Luftgemisch nicht vollständig abgebrannt wird. Solche Bedingungen treten zum Beispiel dann auf, wenn die Elektroden der Zündkerzen übermäßig abgenutzt sind oder wenn die Zündkerzen verschmutzt sind, z. B. als Folge eines fortgesetzten Betriebs des Kraftfahrzeugs im Stauverkehr.
Weitere Ursachen von Anomalien beim Betrieb des Zündsystems können falsche Kontakte der Kabel auf der Niedervoltseite des Systems sein oder teilweises Lösen oder falsches Einstecken von Anschlüssen oder Steckverbindungen auf der Hochspannungsseite.
Tatsächlich werden solche Anomalien beim Betrieb des Zündsystems durch den Benutzer meistens toleriert, insbesondere dann, wenn sie sporadisch auftreten. Im allgemeinen wendet sich der Benutzer erst dann an eine Werkstatt, wenn die Betriebsanomalien häufig wiederkehren und ein offensichtliches Problem darstellen.
Es gibt jedoch einige Situationen, in denen solche Betriebsanomalien des Zündsystems für den Benutzer nicht nur eine unangenehme Situation darstellen, sondern nicht wiedergutzumachenden wirtschaftlichen Schaden verursachen können. Dies trifft für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen zu, die zur Verminderung der durch Auspuffgase verursachten Umweltverschmutzung mit Katalysator-Schalldämpfern ausgestattet sind. Es stellte sich in der Tat heraus, daß die Betriebsanomalien oder Störungen des Zündsystems zur vollständigen Zerstörung der Katalysatorsubstanz in Katalysator- Schalldämpfern in einer relativ kurzen Zeitspanne führen können.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden Anzeigevorrichtungen vorgeschlagen, welche dem Benutzer das Auftreten von Bedingungen anzeigen sollen, die bezüglich der Unversehrtheit der Katalysatorsubstanz gefährlich sind. Solche bekannten Vorrichtungen basieren auf der Benutzung eines Temperaturfühlers, der direkt innerhalb des Katalysators angebracht ist oder in Strömungsrichtung unmittelbar hinter diesem. Solche Vorrichtungen weisen zwei Typen von Nachteilen auf. Der erste ist von wirtschaftlicher Natur: Der Fühler und die zur Verstärkung und Verarbeitung des vom Fühler erzeugten Signals benötigte elektronische Schaltung ziehen nicht unbeträchtliche Kosten nach sich. Der zweite Typ von Nachteil ist von funktioneller Natur in dem Sinne, daß solche Vorrichtungen anomale Betriebsbedingungen von akzeptablen Betriebsbedingungen nicht immer mit Sicherheit unterscheiden können. Die Erfahrung hat tatsächlich gezeigt, daß einige Vorrichtungen in bestimmten Fällen ein Alarmsignal abgeben, obwohl in Wirklichkeit keine gefährlichen Bedingungen vorliegen, während effektiv gefährliche Bedingungen nicht immer angezeigt werden.
Eine Vorrichtung zum Schutz des Katalysators, welche zwei Temperaturfühler umfaßt, von denen der eine in der Strömungsrichtung der Auspuffgase stromaufwärts und der andere stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, wurde ebenfalls geplant und in die Praxis umgesetzt. Diese Vorrichtung gibt ein Alarmsignal, wenn der Temperaturunterschied der durch die zwei Fühler angezeigt wird, einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Obwohl sie besser ist als die vorherigen Vorrichtungen, weist sie jedoch den Nachteil auf, daß sie sogar noch teuerer ist als die einfacheren vorher vorgeschlagenen Vorrichtungen.
Diese Erfindung basiert auf der Tatsache, daß der Wert der Zündspannungsspitzen einen nützlichen Hinweis darauf darstellt, ob das Zündsystem korrekt funktioniert oder nicht.
Gemäß der US-A-4 558 280 werden die Zündimpulsspitzen mittels eines Aufnehmers erfaßt und mit Referenzspannungen verglichen, um Störungen und Betriebsanomalien im Zündsystem zu erfassen. Insbesondere werden die positiven Zündimpulsspitzen mit einer Referenzspannung verglichen, die aus einem Mittelwert von kurz vorher aufgetretenen positiven Impulsen abgeleitet ist. Die negativen Impulsspitzen werden mit einer vorbestimmten konstanten Schwelle verglichen.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, welches einfach durchzuführen, sehr verläßlich und außerordentlich billig in die Praxis umzusetzen ist und welches die Erfassung und Anzeige von Betriebsanomalien in Zündsystemen von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge ermöglicht, wobei solche Anomalien in der Praxis hauptsächlich für die Beschädigung der Katalysatorsubstanz in Katalysator-Schalldämpfern verantwortlich sind.
Diese Aufgabe wild erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die in Patentanspruch 1 angegebenen Schritte umfaßt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Erfassen und Anzeigen von Betriebsanomalien in Zündsystemen für Brennkraftmaschinen, deren Hauptmerkmale in Anspruch 2 angegeben sind.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden durch die folgende detaillierte Beschreibung offensichtlich. Diese Beschreibung ist in nicht einschränkender Weise beispielhaft und bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen in denen:
Fig. 1 eine Schematische Abbildung des Schaltplans der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist;
Fig. 2 ein Diagramm ist, welches den Kurvenverlauf der Hochspannung zeigt, die in einem Zündsystem zum Erzeugen der Funken in den Zündkerzen erzeugt wird;
Fig. 3 bis 10 detaillierte Schaltpläne von Ausführungsformen von Teilen der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung sind;
Fig. 11 ein Diagramm ist, welches die Veränderungen in den Referenzspannungen zeigt, welche in der Vorrichtung von Fig. 1 bei Schwankungen des auf der Abszisse des Graphen aufgetragenen Unterdrucks bzw. Vakuums in der Ansaugluftleitung des Motors erzeugt werden, und
Fig. 12 zeigt eine Folge von Diagrammen, welche die Kurvenverläufe einer Vielzahl von Signalen in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen Zeit t zeigt, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt werden.
In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug-Zündsystem allgemein mit 1 bezeichnet. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt das System einen Zündtransformator oder Spule 2, die in einem Gehäuse 3 aufgenommen ist und eine primäre oder Niederspannungswicklung 4 und eine sekundäre oder Hochspannungswicklung 5 umfaßt. Die primäre Wicklung 4 ist mit dem Kollektor eines Pilot- bzw. Steuertransistors 6 verbunden, dessen Basis in bekannter Art und Weise mit Steuerimpulsen einer mit der Drehzahl des Motors verknüpften Frequenz versorgt wird. Das Gehäuse 3 weist eine obere Bedeckung 3a mit einem zentralen, im wesentlichen kegelstumpfförmigen Ansatz 3b auf, in welchen sich ein Ende der Hochspannungswicklung 5 erstreckt. Dieses Ende der Wicklung 5 ist durch ein Hochspannungskabel 8 mit einem Zündverteiler 7 verbunden. Der Zündverteiler 7 verteilt in der bekannten Art und Weise Hochspannungsimpulse beim Betrieb der Maschine an die Zündkerzen SP.
Fig. 2 zeigt die typischen Veränderungen in der Ausgabespannung V des Zündtransformators oder Spule 2 in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Spannung V weist Spitzen auf, deren Frequenz proportional zur Drehzahl der Maschine ist. Diese Spitzen erreichen Niveaus von der Größenordnung einiger zehn Kilovolt.
Diese Erfindung basiert auf der Tatsache, daß der Betrag der Spannungsspitzen V einen nützlichen Hinweis darauf liefert, ob das Zündsystem korrekt funktioniert oder nicht. Wenn eine oder mehrere Zündkerzen schmutzig sind oder ein Stromverlust zwischen der Zündspule 2 und den Kerzen auftritt, besteht keine gute Entladung mehr und das kann aus einer Analyse des Verlaufs der Spannung V geschlossen werden. Insbesondere kann im Falle von Stromverlust oder schmutziger Zündkerzen die Amplitude der Spannungsspitzen V auf Werte unterhalb der für die Erzeugung des Funkens in der Brennkammer notwendigen Spannung verringert sein. Es besteht also ein Zündmangel und die Maschine setzt aus.
Andere Arten von Betriebsanomalien, welche eine Zunahme des Werts der Spannungsspitze zwischen Ausgang der Zündspule 2 und Erde mit sich bringen, können auch im Zündsystem auftreten. Das kann zum Beispiel dann der Fall sein, wenn das Hochspannungskabel 8 (oder allgemein ein Hochspannungskabel, welches eine Hochspannungsquelle mit den Zündkerzen verbindet) nicht richtig angeschlossen ist: In diesem Fall nimmt die Spannung V den Wert der Leerlaufausgabespannung des Transformators 4, 5 an, welcher beträchtlich höher ist als die normalerweise an die Zündkerzen angelegte Spitzenspannung.
Aus dem gerade erklärten kann geschlossen werden, daß bei korrektem Betrieb des Zündsystems der Spitzenspannungswert V zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert liegt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt das erfindungsgemäße Vorrichtung ein Signalaufnahmeelement 10, welches aus einem Element aus elektrisch leitendem Material mit zum Beispiel ringförmiger Gestalt besteht, das auf den Ansatz 3b der Zündspule 2 gepaßt ist. Der Ring 10 ist mit einem Endbereich 5a der sekundären Wicklung 5 kapazitiv gekoppelt. Der Ring 10 bildet mit anderen Worten eine Platte eines Kondensators, dessen andere Platte durch die Anschlußeinheit 5a der Zündspule gebildet wird.
Der Ring 10 ist mit einer Schaltung 11 zum Überwachen der Spitzen in der Spannung V verbunden. In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der die Schaltung 11 einen Kondensator C&sub1; und einen Widerstand R&sub1; umfaßt, die parallel zwischen Ring 10 und Erde geschaltet sind und eine Diode D&sub1;, deren Kathode mit dem Ring 10 verbunden ist und deren Anode über einen Kondensator C&sub2; geerdet ist. Zwischen dem ungeerdeten Anschluß von C&sub2; und dem Ausgang der Schaltung 11 ist ein Regelpotentiometer P&sub1; angeordnet, dessen Widerstandselement zwischen den Kondensator C&sub2; und eine stabilisierte Spannungsquelle V&sub0; (nicht dargestellt) geschaltet ist. Der Schieber des Potentiometers P&sub1; bildet den Ausgang der Schaltung 11.
In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform bilden die Kondensatoren C&sub1;, C&sub2; zusammen mit dem durch den Ring 10 und den Anschluß der Zündspule gebildeten Kondensator einen kapazitiven Spannungsteiler. Die Schaltung 11 gibt daher ein Signal Vx aus, dessen Verlauf im ersten Diagrainin von Fig. 12 gezeigt ist. In Übereinstimmung mit jedem Spannungspuls der Spannung V weist das Signal Vx einen Spannungspuls auf. Die Diode D&sub1; der Schaltung 11 hat die Funktion, die Spannungspulse Vx relativ zu den Spannungspulsen V auszudehnen, ohne dabei ihre Frequenz und ihren Spitzenwert zu ändern. Das Ziel dabei ist es, das Signal Vx für die weiterfolgende Verarbeitung geeignet zu machen. Der Trimmwiderstand P&sub1; ermöglicht es, den Bereich der Variation des Signals Vx zu kalibrieren.
Der Ausgang der Schaltung 11 ist mit drei Schwellenkomparatoren mit Hysterese verbunden, welche in Fig. 1 mit 12 bis 14 bezeichnet sind und in den Fig. 4 und 5 genauer dargestellt sind. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist der Komparator 12 der dargestellten Ausführungsform invertierend und umfaßt einen Operationsverstärker A&sub1; und drei Widerstände R&sub2;, R&sub3; und R&sub4;. Der nichtinvertierende Eingang von A&sub1; ist über den Widerstand R&sub2; mit einem Referenzsignalerzeuger 15 verbunden, der durch ein Potentiometer P&sub2; gebildet ist, das zwischen die Spannungsquelle V&sub0; und Erde geschaltet ist. Ein Schwellwert S&sub1; (siehe das erste Diagramm von Fig. 12) wird durch das Potentiometer definiert und ist so gering, daß er von allen Spitzen Vx übertroffen wird. Als Folge davon gibt der Komparator 12 ein Signal V&sub1; aus, welches für jede Spitze Vx einen Spannungspuls aufweist.
Die Schwellenkomparatoren 13 und 14 weisen einen Aufbau auf, der dem des Komparators 12 ähnlich ist und in der dargestellten Ausführungsform, wie in Fig. 5 gezeigt, entsprechende Operationsverstärker A&sub2; und A&sub3; und entsprechende Widerstände R&sub5;, R&sub6;, R&sub7; und R&sub8;, R&sub9; und R&sub1;&sub0; umfaßt.
Die nichtinvertierenden Eingänge von A&sub2; und A&sub3; sind über die Widerstände R&sub5; und R&sub8; mit entsprechenden Ausgängen einer Referenzsignalgeneratorschaltung verbunden, welche im allgemeinen mit 16 bezeichnet ist. In Fig. 5 ist eine Ausführungsform dieser Schaltung im Detail dargestellt. Diese Schaltung ist dazu gedacht, zwei Referenzsignale S&sub2; und S&sub3; zu erzeugen, auf einem Niveau, welches aufalle Fälle höher als das dem Komparator 12 zugeordnete Schwellenniveau S&sub1; ist. Zu diesem Zweck umfaßt die Schaltung 16 in der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform zwei Potentiometer P&sub3; und P&sub4;. Die Schaltung 16 umfaßt auch einen Schaltungsabschnitt der in Fig. 5 allgemein mit 17 bezeichnet ist und mit den Schiebern der Potentiometer P&sub3; und P&sub4; verbunden ist und dazu bestimmt ist (in einer Art und Weise und aus Gründen die im folgenden dargelegt werden) die Niveaus der Referenzsignale S&sub2; und S&sub3; bei Veränderungen der Betriebsbedingungen zu modifizieren.
Die Werte der Widerstände R&sub5;, R&sub6; und R&sub8;, R&sub9; werden so ausgewählt, daß die Hysteresekurven der Komparatoren 13 und 14 derart sind, daß die von ihnen ausgegebenen Signale V&sub2; und V&sub3; Spannungspulse mit einer Dauer aufweisen, welche wenigstens gleich der Dauer der Spannungspulse des vom Komparator 12 ausgesandten Signals V&sub1; ist.
Die Schwellenniveaus S&sub2; und S&sub3; mit denen das Signal Vx in den Komparatoren 13 und 14 verglichen wird, entsprechen den Minimal- und Maximalwerten, welche den akzeptierbaren Bereich für den Spitzenwert der Spannung V definieren. Wenn daher die Spitzen Vx in den Bereich zwischen S&sub2; und S&sub3; fallen (Fig. 12) arbeitet das Zündsystem korrekt. Wenn die Spitzen von Vx aber eine Amplitude aufweisen, welche geringer als S&sub2; oder größer als S&sub3; ist, sind Betriebsanomalien vorhanden.
Wie oben angegeben tritt der Funke normalerweise dann auf, wenn die an die Zündkerze angelegte Spannung einen Scheitelwert hat, der innerhalb des akzeptablen Bereichs liegt, welcher zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert definiert ist. Diese Minimal- und Maximalwerte jedoch sind bei Schwankungen in den Betriebsbedingungen der Maschine nicht konstant und unveränderlich. Tatsächlich ist die für die Erzeugung des Funkens notwendige Spannung eine abfallende Funktion des Unterdrucks in der Ansaugluftleitung der Maschine. Beim Wechsel von hohem Unterdruck Δp (z. B. dann wenn die Maschine im Leerlauf ist) auf beinahe Unterdruck Null (z. B. wenn das Drosselventil völlig offen ist) ist die für die Erzeugung des Funkens nötige Spannung größer. Dies beruht auf der Tatsache, daß die Entladungsspannung bei Vergrößerung des Drucks am Ende der Kompressionsphase zunimmt. Bei einer Induktionsmaschine ändert sich die Entladungsspannung von typischerweise 8 bis 12 kV bei leer laufender Maschine auftypischerweise 12 bis 18 kV, wenn das Drosselventil vollkommen offen ist.
In Anbetracht dieser Tatsachen ist es notwendig, daß die Niveaus der von der Schaltung 16 an die Komparatoren 13 und 14 gegebenen Referenzsignale nicht konstant sind, sondern in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Ansaugluftleitung variieren.
Falls die Maschine ein elektronisches Einspritzsystem aufweist, z. B. des sog. "speed-density"-Typs, ein elektronisches Zündsystem des abgebildeten Typs oder ein System zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr das ein die Belastung der Maschine anzeigendes Signal ausgeben kann (z. B. ein die Dauer des Einspritzens anzeigendes Signal) ist Information, die sich auf den Unterdruck in der Ansaugluftleitung bezieht, bereits verfügbar. In solch einem Fall ist es nicht notwendig, Drucksensoren vorzusehen, um die Schaltung 16 mit Information zu versorgen, die sich auf den Unterdruck in der Ansaugluftleitung bezieht, um die Niveaus der Referenzsignale S&sub2; und S&sub3; entsprechend zu ändern.
Wenn die Maschine keines dieser Systeme aufweist, kann jedoch eine Lösung des beispielhaft in Fig. 5 gezeigten Typs gewählt werden. Bei dieser Lösung werden zwei Schalter Vac1 und Vac2 zwischen die Schieber der Potentiometer P&sub3; und P&sub4; und Erde geschaltet und mit zwei Vakuostaten oder Unterdruckfühlern (nicht dargestellt) verbunden, die in der Ansaugluftleitung der Maschine angebracht sind und derart kalibriert sind, daß sie entsprechend bei ersten und zweiten Unterdruckwerten Δp&sub1; und Δp&sub2; schließen, welche z. B. gleich 150 mm Quecksilbersäule und 300 mm Quecksilbersäule entsprechen.
Ein Widerstand R&sub1;&sub6; und eine Diode D&sub6; und ein Widerstand R&sub1;&sub8; und eine Diode D&sub8; sind jeweils in Serie zwischen dem Schieber von P&sub3; und den Schaltern Vac1 und Vac2 geschaltet.
Ein Widerstand R&sub1;&sub7; und eine Diode D&sub7;, die in Serie geschaltet sind, und ein Widerstand R&sub1;&sub9; und eine Diode D&sub9;, die auch in Serie geschaltet sind, sind zwischen dem Schieber P&sub4; und den entsprechenden vorerwähnten Schaltern angeordnet.
Die Schalter Vac1 und Vac2 schließen, wenn der Unterdruck in der Ansaugluftleitung zwei vorbestimmte Werte, die in Fig. 11 mit Δp&sub1; und Δp&sub2; angedeutet sind, erreicht. Durch geeignete Wahl der Widerstandswerte der Widerstände R&sub1;&sub6; und R&sub1;&sub9; kann der Schaltungsbereich 17 eine stufenartige Veränderung in den Referenzsignalen S&sub2; und S&sub3; bei einer Schwankung des Unterdrucks in der Ansaugluftleitung der Maschine in der in Fig. 11 dargestellten Art und Weise bewirken. Dies ermöglicht es, daß das Signal Vx in den Komparatoren 13 und 14 bei einer Abnahme des Unterdrucks in der Leitung mit den steigenden Schwellenniveaus verglichen werden kann. Dies entspricht einem Vergleich der Spitzenspannung der Hochspannung V mit Referenzniveaus, welche bei Abnahme des Unterdrucks in der Leitung ebenfalls zunehmen.
Wenn mehr als zwei Vakuostaten oder Druckfühler benutzt werden, ist es möglich, S&sub3; und S&sub2; in einer größeren Anzahl von Schritten zu ändern und dadurch die Genauigkeit des Betriebs der gesamten Vorrichtung zu vergrößern.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Ausgänge der Komparatoren 12 bis 14 mit entsprechenden Eingängen einer Logikschaltung 18 verbunden. Die Logikschaltung 18 gibt ein Signal Z aus, welches, wie im weiterem ausführlicher beschrieben, auf einem niedrigen Niveau gehalten wird, wenn die Spitzen von Vx zwischen den Referenzniveaus S&sub2; und S&sub3; liegen, aber einen Spannungspuls in Übereinstimmung mit jeder Spitze von Vx, deren Amplitude kleiner als S&sub2; oder größer als S&sub3; ist, aufweist.
In den Fig. 6 und 7 sind zwei mögliche Ausführungsformen der Logikschaltungen 18 dargestellt. Im Beispiel von Fig. 6 umfaßt die Schaltung 18 zwei UND-Gatter 19 und 20, deren Ausgänge mit den Eingängen eines ODER- Gatters 21 verbunden sind. Der Ausgang des letzteren entspricht dem Ausgang der gesamten Logikschaltung.
Das Gatter 19 weist einen nichtinvertierenden Eingang auf, der mit dem Ausgang des Komparators 12 verbunden ist und einen invertierenden Eingang der mit dem Ausgang des Komparators 13 verbunden ist. Die Eingänge dem Gatters 20 sind mit den Ausgängen der Komparatoren 13 und 14 verbunden.
Die Logikschaltung 18 aus Fig. 6 realisiert die Bool'sche Gleichung:
Z = x + y
mit x = V&sub1;· und y = V&sub2;·V&sub3;, welche die Ausgänge der Gatter 19 und 20 darstellen.
Die Schaltung 18 kann geeigneterweise mit vier Gattern 22 bis 25 vom NICHT-UND-Typ in der in Fig. 7 dargestellten Art und Weise verwirklicht werden. Die in dieser Figur dargestellte Schaltung realisiert die Bool'sche Funktion:
Z = X·Y
welche der vorherigen äquivalent ist.
Mit diesen Bool'schen Gleichungen ist leicht zu sehen, daß das von der Logikschaltung 18 ausgegebene Signal Z auf einem Niveau 0 gehalten wird, so lange die Spitzen von Vx zwischen den Niveaus S&sub2; und S&sub3; liegen und daher so lange wie die Spitzen der Hochspannung V in den vorbestimmten akzeptierbaren Bereich fallen.
Unmittelbar mit dem Fallen der Spitzenwerte der Spannungspulse Vx unterhalb S&sub2; oder dem Steigen oberhalb S&sub3; weist das Signal Z Hochpegelimpulse auf, von denen jeder einer Spitze von Vx entspricht.
Die Logikschaltung 18 ist mit einer Integrator-Überwachungsschaltung, die in Fig. 1 allgemein mit 26 bezeichnet ist, verbunden. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, in der die Schaltung 26 einen Operationsverstärker A&sub4; umfaßt, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang der Logikschaltung 18 über eine Diode D&sub4; und zwei Widerstände R&sub1;&sub3; und R&sub1;&sub4; verbunden ist. Zwischen Erde und dem R&sub1;&sub3; und R&sub1;&sub4; gemeinsamen Anschluß sind ein Kondensator C&sub3; und ein Widerstand R&sub1;&sub4; geschaltet.
Der invertierende Eingang von A&sub4; ist mit einem Potentiometer P&sub5; verbunden, das zwischen die stabilisierte Spannungsquelle V&sub0; und Erde geschaltet ist.
Zwischen dem Ausgang von A&sub4; und seinem nichtinvertierenden Eingang ist ein Netzwerk geschaltet, das durch einen Kondensator C&sub4; einen Widerstand R&sub1;&sub1; und eine Diode D&sub5; gebildet wird. Ein Widerstand R&sub1;&sub2; ist zur Gruppe R&sub1;&sub1;-C&sub4; parallel geschaltet. Wie es im weiteren noch offensichtlicher werden wird, besteht die Aufgabe der Schaltung 26 darin, eine Anzeigevorrichtung nur dann zu betätigen, wenn das Signal Z effektiv eine Folge von aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen ist, wodurch die erfindungsgemäße Vorrichtung auf Fluktuationen praktisch unempfindlich ist. Die Schaltung 26 integriert die Impulse des Signals Z. Wenn das Ergebnis dieser Integration ein Schwellenniveau übersteigt, das mittels des Potentiometers P&sub5; festgesetzt ist, verändert sich das von A&sub4; ausgegebene Signal V&sub4; um, in dem es auf ein hohes Niveau wechselt und betätigt über eine Pilotstufe 27 eine Anzeigelampe 28. Die Anzeigelampe ist praktischerweise am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs angebracht.
Das durch D&sub5;, R&sub1;&sub1;, C&sub4; und R&sub1;&sub2; gebildete Rückkopplungsnetzwerk hat die Aufgabe, eine Zeithysterese zu erreichen, dank derer das Ausgangssignal von A&sub4; für eine vorbestimmte Zeit (z. B. einige Sekunden) auf dem hohen Niveau bleibt, sogar nachdem die angezeigte Anomalie verschwunden ist. Wenn eine Betriebsanomalie des Zündsystems unbegrenzt andauert (und das Signal Z deshalb Spannungspulse darstellt, die einander unbegrenzt folgen) bleibt das Ausgangssignal V&sub4; von A&sub4; natürlich auch unbegrenzt auf einem hohen Niveau, wodurch die dauerhafte Betätigung der Lampe 28 bewirkt wird.
Wie in Fig. 9 gezeigt, braucht die Pilotstufe 27 lediglich einen Transistor 29 zu umfassen, dessen Basis mit dem Ausgang von A&sub4; über einen Widerstand R&sub2;&sub0; verbunden ist und dessen Kollektor-Emitterkreis in Serie mit der Lampe 28 zwischen einer Spannungsquelle und Erde geschaltet ist.
Die Betriebsweise der oben beschriebenen Vorrichtung wird jetzt mit Bezug auf die Diagramme von Fig. 12 erläutert. Fig. 12 zeigt die Kurvenverläufe der wichtigeren Signale, die in der im vorhergehenden als Beispiel beschriebenen Schaltung erzeugt werden.
Das erste Diagramm von Fig. 12 zeigt den Verlauf des von der Schaltung 11 aus Fig. 1 ausgegebenen Signals Vx In diesem Diagramm sind auch die Schwellen S&sub1;, S&sub2; und S&sub3; gezeigt, welche bereits ausführlich besprochen wurden.
Das Signal Vx hat bei jedem im Zündsystem erzeugten Funken eine Spitze. Die ersten drei Impulse in Fig. 12, die jeweils zu den Zeitpunkten t&sub1;, t&sub2; und t&sub3; gezeigt sind, stellen eine Folge regulären Betriebs des Zündsystems dar. Tatsächlich wird man bemerken, daß diese drei Impulse eine Spitzenamplitude aufweisen, welche die Schwelle S&sub2;, aber nicht die Schwelle S&sub3; übersteigt. Bei diesen Bedingungen haben die von den Komparatoren 12 und 13 gelieferten Signale V&sub1; und V&sub2; bei jeder Spitze von Vx einen Impuls, während V&sub3; auf dem Niveau 0 bleibt. Entsprechend bleiben auch Z und V&sub4; auf niedrigem Niveau, wodurch die Lampe 28 ausgeschaltet ist.
Es sei jetzt angenommen, daß zwischen den Zeitpunkten t&sub4; und t&sub5; eine Anomalie im Zündsystem auftritt, z. B. durch Verschmutzung der Zündkerze, welche den Funken bei t&sub5; erzeugen soll. In dieser Situation weist die Spitze von Vx zum Zeitpunkt t&sub5; eine kleinere Amplitude auf und übersteigt die Schwelle S&sub2; nicht. Entsprechend bleiben V&sub2; und V&sub3; auf einem niedrigen Niveau, während Z eine Folge von Impulsen ist, von denen jeder einer Spitze von Vx zugeordnet ist. Die durch R&sub1;&sub3;, R&sub1;&sub5; und C&sub3; gebildete Integratorschaltung legt das Signal Vz' an den Eingang von A&sub4;. Der Verlauf des Signals Vz' ist im vorletzten Diagramm in Fig. 12 unten dargestellt. Dieses Signal stellt die Integration der Impulse des Signals Z über die Zeit dar und steigt dadurch im Pegel bei jedem Impuls dieser Signale. In Fig. 12 wird angenommen, daß z. B. beim dritten aufeinanderfolgenden Impuls (Zeitpunkt t&sub8;) das Signal Vz' das Schwellenniveau 54 bereits überschreitet, welches durch das Potentiometer P&sub5; festgelegt wird. Dadurch wechselt das vom Komparator A&sub4; ausgegebene Signal V&sub4; zu diesem Zeitpunkt auf ein hohes Niveau und bewirkt, daß die Lampe 28 aufleuchtet.
Mit Bezug auf Fig. 12 wird jetzt angenommen, daß durch den anomalen Betrieb eine bestimmte Anzahl von Zündungen unterbleibt, bis die Normalsituation zum Zeitpunkt t&sub1;&sub2; wieder hergestellt ist. Das von A&sub4; ausgegebene Signal bleibt auf alle Fälle für eine bestimmte Zeitperiode (z. B. 10 Sekunden) auf dem hohen Niveau, z. B. bis t&sub1;&sub3;, was eine Folge der Verzögerungswirkung des Rückkopplungsnetzwerks von A&sub4; ist. Zum Zeitpunkt t&sub1;&sub3; kehrt V&sub4; auf das Niveau 0 zurück, wodurch die Lampe 28 erlischt.
Es wird dann angenommen, daß bis zum Zeitpunkt t&sub1;&sub4; der normale Betrieb weitergeht. An diesem Zeitpunkt sei angenommen, daß eine derartige Betriebsanomalie auftritt, daß die auf den Zeitpunkt t&sub1;&sub5; folgende Zündung mit einer Spitze von Vx erfolgt, welche auch die Schwelle S&sub3; überschreitet. Ausgehend von t&sub1;&sub5; weisen V&sub1;, V&sub2; und V&sub3; in Übereinstimmung mit jeder Spitze von Vx Impulse auf. Dem entsprechend weist auch Z einen Impuls in Übereinstimmung mit jeder Spitze von Vx auf und das Signal Vz' beginnt zu steigen, bis es die Schwelle S&sub4; zum Zeitpunkt t&sub1;&sub8; überschreitet. Zu diesem Zeitpunkt kehrt das Ausgangssignal von A&sub4; auf das hohe Niveau zurück, wodurch die Lampe 28 wieder zum Aufleuchten gebracht wird.
Falls bei einem darauffolgenden Zeitpunkt t&sub2;&sub2; die Betriebsanomalie aufhört, kehrt das Signal Vz' zu diesem Zeitpunkt auf 0 zurück. Kurze Zeit später, zum Zeitpunkt t&sub2;&sub3;, kehrt auch das Signal V&sub4; auf ein niedriges Niveau zurück, wodurch die Lampe 28 erlischt.
Um eine Überprüfung zu ermöglichen, ob die Lampe 28 betriebsbereit ist, wenn das elektrische System des Kraftfahrzeugs durch das Drehen des Zündschlüssels aktiviert wird, kann die Logikschaltung 18, die in Fig. 7 gezeigt ist, durch Hinzufügen einer Testschaltung zwischen den Gattern 24 und 25, wie in Fig. 10 gezeigt, verändert werden. Diese Schaltung umfaßt einen Widerstand R&sub2;&sub1;, der zwischen dem Ausgang des Gatters 24 und einem Eingang des Gatters 25 geschaltet ist, und einen Kondensator C&sub5;. Dieser Kondensator ist einerseits geerdet und andererseits mit dem Eingang von Gatter 25 über eine Diode D&sub1;&sub0; verbunden und mit der stabilisierten Spannungsquelle V&sub0; über einen Widerstand R&sub2;&sub2; verbunden. Die Widerstände R&sub2;&sub1; und R&sub2;&sub2; können z. B. Werte von 220 kOhm aufweisen und der Kondensator C&sub5; kann z. B. eine Kapazität von 1 uF aufweisen.
Jedesmal, wenn die Schaltung von Fig. 1 mit der elektrischen Versorgung verbunden ist, bewirkt die Schaltung 30, daß am Ausgang der Logikschaltung 18 ein einzelner Impuls von vorbestimmter Zeitdauer, z. B. 100 ms angelegt wird, wobei die Zeitdauer so bemessen ist, daß der Eingang des Integrators der Schaltung 26 auf einem hohen Niveau gesättigt wird. Der Verstärker A&sub4; der Integrator-Überwachungsschaltung 26 wird dann gezwungen, auf ein hohes Niveau umzuschalten und steuert dadurch das Einschalten der Anzeigelampe. Dadurch kann überprüft werden, ob die Anzeigelampe betriebsbereit ist.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung können nicht nur im Zusammenhang bei Zündsystemen des mechanischen Hochspannungsverteilungstyps verwendet werden, sondern auch bei Zündsystemen des statischen Typs. In diesem Fall ist es lediglich notwendig, ebenso viele Aufnehmerringe 10 vorzusehen, wie Zylinder in der Maschine.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen es, daß der Betrieb des Hochspannungsteils des Zündsystems in jedem Zeitpunkt unter konstanter Kontrolle bleibt. Dies wird durch Benutzung eines außerordentlich einfachen und billigen Aufnehmeelements erreicht, welches zur Erfassung der an die Zündkerzen angelegten Hochspannungsspitzen geeignet ist. Mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren ist es angebracht zu betonen, daß es auch mit Hilfe einer Schaltung durchgeführt werden kann, die eine Mikroprozessoreinheit aufweist. Diese Lösung kann insbesondere dann geeignet sein, wenn die Brennkraftmaschine ein Mikroprozessorsystem zur Steuerung der Zündung und/oder der Einspritzung aufweist.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen und Anzeigen von Anomalien im Betrieb des Zündsystems (1) einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem Katalysator-Schalldämpfer, wobei das Zündsystem (1) eine Vielzahl von Zündkerzen umfaßt, von denen jede einen periodischen Hochspannungsimpuls (V) von einem Ausgang (5a) einer Hochspannungserzeugungseinrichtung (2) zum Erzeugen eines Funkens empfängt; wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: - Erfassen der Spannungsimpulse, die von der Generatoreinrichtung (2) erzeugt werden; - Vergleichen der Spitzenwerte jedes erfaßten Impulses mit ersten und zweiten Schwellenwerten (S&sub2;, S&sub3;) und - Erzeugen eines wahrnehmbaren Signals, wenn die Spitzenwerte der Hochspannungsimpulse (V) außerhalb des Bereichs liegen, der zwischen den Schwellenwerten (S&sub2;, S&sub3;) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schwellenwerte (S&sub2;, S&sub3;) in einer vorbestimmten Art und Weise in Abhängigkeit von einem Signal verändert werden, welches vom Unterdruck (Δp) in der Ansaugluftleitung der Maschine abhängt.

2. Vorrichtung zum Erfassen und Anzeigen von Anomalien im Betrieb des Zündsystems (1) einer Brennkraftmaschine, insbesondere von einem Kraftfahrzeug mit einem Katalysator-Schalldämpfer, wobei das System (1) eine Vielzahl von Zündkerzen (SP) umfaßt, von denen jede im Betrieb einen Periodischen Hochspannungsimpuls (V) vom Ausgang (5a) einer Hochspannungserzeugungseinrichtung (2) empfängt; wobei die Vorrichtung folgende Elemente umfaßt: - eine Anzeigevorrichtung (28), die dazu geeignet ist, ein wahrnehmbares Signal zu geben, wenn sie betätigt wird; - Überwachungsmittel (10, 11), die mit der Hochspannungserzeugungseinrichtung (2) gekoppelt sind und dazu geeignet sind, Impulse (Vx) auszugeben, deren Amplitude Proportional zu den von der Erzeugungseinrichtung (2) erzeugten Impulsen ist und - Verarbeitungs- und Vergleichsschaltungsmittel (16 bis 29) zum Vergleichen der von den Überwachungsmitteln (10, 11) ausgegebenen Spitzenwerte der Impulse mit ersten und zweiten Referenzwerten (S&sub2;, S&sub3;) und zum Betätigen der Anzeigevorrichtung (28), wenn die Spitzenwerte der von den Überwachungsmitteln (10, 11) erzeugten Impulse außerhalb des akzeptablen Bereichs liegen, der zwischen den Referenzwerten (S&sub2;, S&sub3;) definiert ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Vergleichsschaltungsmittel (16 bis 29) dazu angeordnet sind, die Spitzenwerte der von den Überwachungsmitteln (10, 11) ausgegebenen Impulse (Vx) mit ersten und zweiten Referenzwerten (S&sub2;, S&sub3;) zu Vergleichen, welche in einer vorbestimmten Art und Weise in Abhängigkeit von dem Unterdruck (Δp) in der Ansaugluftleitung der Maschine veränderbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 für eine Maschine in der das Zündsystem (1) wenigstens einen leitfähigen Weg (5, 8) umfaßt, über den die von der Hochspannungserzeugungseinrichtung (2 bis 6) erzeugten Impulse (V) an die Zündkerzen (SP) angelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel wenigstens ein Signalaufnahmeelement (10) aus elektrisch leitendem Material umfassen, welches mit einem Bereich des leitfähigen Wegs (5, 8) kapazitiv gekoppelt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Signalaufnahmeelement (10) einen Metallring umfaßt, der um einen Bereich (5a) des leitenden Wegs (5, 8) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine Lampe (28) umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Vergleichsmittel (16 bis 29) eine Referenzsignalerzeugungsschaltung (16) zum Erzeugen erster und zweiter Referenzsignale (S&sub2;, S&sub3;) und wenigstens eine erste Schwellenvergleichsschaltung (13) und eine zweite Schwellenvergleichsschaltung (14) zum Vergleichen der von den Überwachungsmitteln (10, 11) ausgegebenen Signale mit den ersten und zweiten Referenzsignalen (S&sub2;, S&sub3;) umfaßt.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzsignalerzeugungsschaltung (16) Unterdruckfühlermittel (Vac1, Vac2) umfaßt zum Verändern des Niveaus des ersten und zweiten Referenzsignals (S&sub2;, S&sub3;) in einer vorbestimmten Art und Weise, wenn der Unterdruck in der Ansaugluftleitung der Maschine vorbestimmte Werte annimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzsignalerzeugungsschaltung (16) wenigstens ein Paar von Vakuostaten (Vac1, Vac2) umfaßt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Vergleichsschaltungsmittel Logikschaltungsmittel (18) umfassen, die mit den ersten und zweiten Schwellenvergleichsschaltungen (13, 14) gekoppelt sind und dazu angeordnet sind, gepulste Signale (Z) auszugeben, wenn die Amplitude der von den Überwachungsmitteln (10, 11) erzeugten Impulsspitzen (Vx) kleiner als das Niveau des ersten Referenzsignals (S&sub2;) oder größer als das Niveau des zweiten Referenzsignals (S&sub3;) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Vergleichsschaltungsmittel (16 bis 29) ferner eine Integratorschaltung (26) umfassen, die mit dem Ausgang der Logikschaltungsmittel (18) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Vergleichsschaltungsmittel (16 bis 29) eine weitere Schwellenvergleichsschaltung (A&sub4;, P&sub5;) umfassen, die mit der Integratorschaltung (C&sub3;, R&sub1;&sub3;, R&sub1;&sub5;) verbunden ist und dazu angeordnet ist, jedesmal wenn das von der Integratorschaltung ausgegebene Signal ein vorbestimmtes Referenzniveau (S&sub4;) übersteigt, ein Betätigungssignal an die Anzeigevorrichtung (28) aus zugeben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Vergleichsschaltungsmittel (16 bis 29) ferner Zeitablaufmittel (R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, D&sub5;, C&sub4;) umfassen, die mit der weiteren Schwellenvergleichsschaltung (A&sub4;, P&sub5;) zusammenhängen und dazu angeordnet sind, das Signal zur Betätigung der Anzeigevorrichtung (28) um eine vorbestimmte Zeitdauer zu verlängern in bezug auf den Zeitpunkt, zu dem das von der Integratorschaltung ausgegebene Signal (Vz') unter das vorbestimmte Niveau (S&sub4;) fällt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Vergleichsschaltungsmittel (16 bis 29) ferner eine Steuerschaltung (30) umfassen, um jedesmal wenn die Steuerschaltung (30) gespeist wird, die automatische Betätigung der Anzeigevorrichtung (28) während einer vorbestimmten Zeitdauer zu bewirken.