DE4040236A1 - Vorrichtung zum erfassen von signalen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Erfassen von Signalen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der US-PS 47 95 979 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung des für einen bestimmten Zylinder einer Brennkraftmaschine vorgesehenen Zündim­ pulses bekannt. Die Zündanlage enthält mehrere Zündspulen, wobei an den Sekundärwicklungen der Zündspulen jeweils zwei Zündkerzen ange­ schlossen sind. Diese verteilerlose Zündanlage erzeugt bei jeder Umdrehung der Brennkraftmaschine einen Zündfunken an jeder Zünd­ kerze. Bei Viertakt-Brennkraftmaschinen werden demnach Zündfunken sowohl im Arbeitstakt als auch im Auslaßtakt erzeugt. Zur Diagnose dieser Zündanlage sind drei kapazitive Signalauskopplungen vorge­ sehen, die an den von den Zündspulen zu den Zündkerzen führenden Zündkabeln angeordnet sind. Die bekannte Vorrichtung setzt die Zugänglichkeit der Zündkabel zum Anbringen der Sensoren voraus. Die ausgekoppelten Signale gelangen in unterschiedliche Signalauswerte­ schaltungen.

Aus der US-PS 39 59 725 ist es bekannt, einen kapazitiven Zünd­ spannungssensor an einem Verteilergehäuse anzuordnen, das neben dem Verteiler auch die Zündspule enthält. Die kapazitive Signalaus­ kopplung erfolgt mit einer elektrisch leitenden Fläche, die in geeigneter Weise an dem Verteiler befestigt ist. Diese bekannte Vorrichtung ist auf die Diagnose von einer Einspulen-Zündanlage abgestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung mit geringem Verkabelungsaufwand zur Diagnose von Mehrspulen-Zündan­ lagen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von Signalen an einer Zündspulenanlage, die mehr als eine Zündspule enthält, weist den Vorteil einer einfachen Adaption auf. Besonders vorteilhaft ist es, daß zwischen den Zündspulen und den Zündkerzen herkömmliche Zünd­ kabel nicht mehr vorhanden sein müssen. Die Mittel zur kapazitiven Signalauskopplung werden in geeigneter Weise unmittelbar an den Zündspulen oder an den Gehäusen, die die Zündspulen enthalten, an­ geordnet. Die weiterhin erfindungsgemäß vorgesehene Schaltungsan­ ordnung zum Zusammenführen der ausgekoppelten Signale reduziert den Verkabelungsaufwand. Es sind lediglich Verbindungen zwischen den kapazitiven Signalauskopplungen und der Schaltungsanordnung erfor­ derlich, von wo aus lediglich eine einzige weiterführende Leitung vorgesehen sein kann. Die Schaltungsanordnung ist in unmittelbarer Nähe der Zündanlage anzuordnen, so daß eine kurze Leitungsführung, insbesondere der einzelnen, zu den kapazitiven Signalauskopplungen führenden Leitungen, möglich ist.

Die Mittel zur kapazitiven Signalauskopplung stellen Signale bereit, die der Hochspannung an den Zündspulen jeweils entsprechen. Diese Signale werden in der Schaltungsanordnung zusammengeführt und können in einer weiteren Diagnosevorrichtung analysiert werden. Die er­ findungsgemäße Vorrichtung ist zur Diagnose an Mehrspulen-Zündan­ lagen geeignet, wobei die Beschaltung der Sekundärwicklungen der Zündspulen beliebig ist. Beispielsweise können einseitig geerdete Sekundärwicklungen mit einem Hochspannungsanschluß als auch An­ ordnungen mit Zündkerzenanschlüssen an beiden Enden der Sekundär­ wicklungen vorgesehen sein.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung ergeben sich aus Unteransprüchen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß zwischen den Mitteln zur kapazitiven Signalkopplung und der Schaltungsan­ ordnung zum Zusammenführen der ausgekoppelten Signale jeweils weitere kapazitive Kopplungen vorgesehen sind. Der wesentliche Vor­ teil dieser weiteren kapazitiven Kopplungen liegt in der Potential­ trennung zwischen den Mitteln zur kapazitiven Signalauskopplung und der weiteren Schaltungsanordnung. Ein Adaptionsfehler; der nur an einer Zündspule oder an einem Zündspulengehäuse vorliegt, beispiels­ weise ein Kurzschluß gegen Masse, beeinflußt die anderen erfaßten Signale nicht. Die weitere Diagnoseinrichtung kann derart ausge­ staltet sein, daß das defekte oder falsch angeschlossene Mittel zur kapazitiven Signalauskopplung identifizierbar ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß in der Schaltungsan­ ordnung wenigstens ein Abgleichelement angeordnet ist zum Kali­ brieren des Pegels des am Ausgang der Schaltungsanordnung abgreif­ baren Signals. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn den einzelnen Mitteln zur kapazitiven Signalauskopplung Abgleichmittel zur Kali­ brierung des Signalpegels zugeordnet sind. Mit dieser Maßnahme sind die von unterschiedlich ausgestalteten Mitteln zur kapazitiven Signalkopplung abgegebenen Signale kalibrierbar. Die Signale sind dann bezüglich des Signalpegels unmittelbar vergleichbar.

Zum Schutz gegen hohe Berührungsspannungen sind vorteilhafterweise an den Eingängen der Schaltungsanordnung Spannungsbegrenzer vorge­ sehen.

Eine leichte Handhabbarkeit der Mittel zur kapazitiven Signal­ kopplung ist durch eine Ausgestaltung als Ansteckteile möglich. Zweckmäßig ist es, an den Mitteln Steckverbindungen vorzusehen, die einen schnellen Austausch ermöglichen.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der er­ findungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus weiteren Unteran­ sprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine Skizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen von Signalen an einer Zündanlage und Fig. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild.

Fig. 1 zeigt eine Zündanlage, die zwei Zündspulen 11, 12 enthält. In den Zündspulen 11, 12 ist jeweils ein Ersatzschaltbild 13, 14 der Zündspule 11, 12 gezeigt. Primäranschlüsse 15, 16; 17, 18 der Zünd­ spulen 11, 12 führen zu in Fig. 1 nicht gezeigten Zündungsschalt­ geräten. Ein Sekundäranschluß 19, 20 einer Sekundärwicklung 21, 22 führt jeweils zu einem Hochspannungsanschluß 23, 24.

An den Zündspulen 11, 12 sind jeweils Mittel 25, 26 zur kapazitiven Signalkopplung angeordnet. Die kapazitive Kopplung ist jeweils durch einen Kondensator 27, 28 veranschaulicht. Da der Kondensator 27, 28 nicht als separates Bauelement vorhanden ist, wurde er in Fig. 1 strichliniert eingetragen.

Das der Zündspule 11 zugeordnete Mittel 25 ist über eine Abgleich­ anordnung 29 und eine Verbindungsleitung 30 sowie über eine Steck­ verbindung 31 mit einer Schaltungsanordnung 32 verbunden, die einen Ausgang 33 aufweist.

Das der Zündspule 12 zugeordnete Mittel 26 ist über eine Steckver­ bindung 34, eine Verbindungsleitung 35 sowie eine Steckverbindung 36 mit der Schaltungsanordnung 32 verbunden.

In Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild der in Fig. 1 schematisch dar­ gestellten Vorrichtung gezeigt. Diejenigen in Fig. 2 gezeigten Teile, die mit den in Fig. 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, tragen dieselben Bezugszahlen wie in Fig. 1.

Die Schaltungsanordnung 32 enthält spannungsbegrenzende Elemente, die aus jeweils zwei Dioden 37, 38; 39, 40 zusammengesetzt sind. Die spannungsbegrenzenden Elemente 37, 38; 39, 40 sind jeweils zwischen Eingangsleitungen 41, 42 der Schaltungsanordnung 32 und einer Masse 43 geschaltet. Parallel zum Ausgang 33 ist ein Widerstand 44 und ein Kondensator 45 geschaltet. Die Eingänge 41, 42 sind jeweils über Kondensatoren 46, 47 mit dem Ausgang 33 verbunden. Der Ausgang 33 führt zu einer weiteren Diagnoseeinrichtung 48.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Die Zündanlage 10 enthält mehrere Zündspulen 11, 12, die beispiels­ weise zum zeitversetzten Zünden von mehreren Zylindern einer Brenn­ kraftmaschine vorgesehen sind. Ein herkömmlicher Verteiler ist nicht mehr vorhanden. In einigen Zündanlagen 10 sind Verbindungsleitungen zwischen den Zündspulen 11, 12 und in Fig. 1 nicht gezeigten Zünd­ kerzen nicht mehr zugänglich. Die Zündkerzen sind dort unmittelbar mit den Hochspannungsanschlüssen 23, 24 verbunden. Um dennoch an verteilerlosen Zündanlagen 10 mit mehreren Zündspulen 11, 12 Hoch­ spannungsmessungen vornehmen zu können, sind erfindungsgemäß die Mittel 25, 26 zur kapazitiven Signalauskopplung vorgesehen. Die Mittel 25, 26 sind vorzugsweise als Ansteckteile ausgebildet, die zur Adaption an unterschiedliche Zündspulen 11, 12 spezielle Form­ gebungen aufweisen können. Die kapazitive Kopplung zwischen den Mitteln 25, 26 und den Sekundärwicklungen 21, 22 der Zündspulen 11, 12 ist durch den Koppelkondensator 27, 28 veranschaulicht, der als separates Bauteil nicht vorhanden ist. Eine Kopplung findet auch zur Primärseite der Zündspulen 11, 12 statt. Die in der Sekundärwicklung 21, 22 auftretenden Spannungen sind jedoch im allgemeinen um ein Vielfaches höher gegenüber denen auf der Primärseite, so daß die in den Mitteln 25, 26 jeweils eingekoppelte Spannung stets ein Maß für die sekundärseitig auftretende Spannung an den Zündspulen 11, 12 ist.

Die von den Mitteln 25, 26 kapazitiv ausgekoppelten Signale werden in der Schaltungsanordnung 32 zusammengeführt. Die Mittel 25, 26 sind über Verbindungsleitungen 30, 35 und über Steckverbindungen 31, 36 an die Anordnung 32 anschließbar. In einer einfacheren Ausge­ staltung können die Steckverbindungen 31, 36 entfallen.

Das in Fig. 2 gezeigte Schaltbild zeigt die Signalzusammenführung in der Schaltungsanordnung 32. In einer einfachsten Ausgestaltung ist die Zusammenführung der einzelnen Signale über galvanische Ver­ bindungen möglich. Vorzugsweise sind jedoch Kondensatoren 46, 47 zur Potentialtrennung vorgesehen. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß eine fehlerhafte Adaption eines Mittels 25, 26 nicht zum Versagen der gesamten Anordnung führt. Ein Schutz ist insbesondere gegenüber einem Kurzschluß eines der Mittel 25, 26 gegen Masse 43 gegeben. Die Kondensatoren 46, 47 vermeiden ein zeitaufwendiges Suchen des gegen Masse kurzgeschlossenes Mittels 25, 26. Die Diagnoseeinrichtung 48, die die am Ausgang 33 zusammengeführten Signale weiter analysiert, ermöglicht anhand einer zeitbezogenen Darstellung der Signale leicht die Identifizierung des fehlerhaft angeschlossenen Mittels 25, 26.

Zum Schutz einer Bedienperson vor gefährlichen Berührungsspannungen enthält die Schaltungsanordnung 32 spannungsbegrenzende Mittel 37, 38; 39, 40. Besonders geeignet sind hier schnelle Begrenzerdioden 37, 38; 39, 40, die jeweils an den Eingängen 42, 41 gegen Masse 43 geschaltet sind. In Fig. 2 sind die Dioden 37, 38; 39, 40 als Reihenschaltungen gezeigt mit unterschiedlichen Polarisierungen der Dioden 37, 38; 39, 40. Prinzipiell sind auch andere Beschaltungen geeignet.

In einer anderen Ausgestaltung können die spannungsbegrenzenden Mittel 37, 38; 39, 40 in der Abgleichanordnung 29 vorgesehen sein. Mit dieser Anordnung der Mittel 37, 38; 39, 40 werden gefährlich hohe Spannungen nahe an der Quelle unterdrückt. Kapazitive Signal­ verkopplungen in der nachfolgenden Schaltungsanordnungen 32 und zwischen Leitungen 30, 35 werden minimiert.

Eine Anpassung des Spannungspegels oder eine Kalibrierung der ge­ samten Anordnung ist mit dem Kondensator 45 möglich, der als Ab­ gleichelement mit veränderlicher Kapazität ausgebildet ist. Der Kondensator 45 bildet mit den in Fig. 1 gezeigten Ersatzkonden­ satoren 27, 28 jeweils einen Spannungsteiler. Das verhältnismäßig hohe Teilungsverhältnis, das die im kV-Bereich liegenden Spannungen an den Zündspulen 11, 12 auf leicht weiterverarbeitbare Werte herab­ setzen muß, führt zu einem verhältnismäßig hohen Kapazitätswert des Kondensators 45, so daß die variable Kapazität dieses Kondensators 45 vorzugsweise durch Parallel- und/oder Reihenschaltungen aus mehreren Kondensatoren nachzubilden ist.

Die Anpassung oder Kalibrierung mit dem Kondensator 45 wirkt sich gleichzeitig auf die an den Eingängen 41, 42 liegenden Signale aus. Eine individuelle Kalibrierung des einzelnen Mittels 25, 26 ist mit der Abgleichanordnung 29 möglich, die den entsprechenden Mitteln 25, 26 zugeordnet ist. Die Abgleichanordnung 29 ist beispielsweise mit dem Mittel 25, 26 baulich vereinigt. Sie enthält eine in den Figuren nicht näher gezeigte Anpaßschaltung, die vorzugsweise ebenfalls einen kapazitiven Spannungsteiler beinhaltet. Die Abgleichanordnung 29 ist vorteilhaft auch in der Schaltungsanordnung 32 unterzubringen.

Eine andere Ausgestaltung sieht den Einsatz von Steckverbindungen 34 an den Mitteln 25, 26 vor. Die Abgleichanordnung 29 ist hierbei vorzugsweise in der Steckverbindung 34 integriert. Die Steckver­ bindung 34 ermöglicht ein rasches Austauschen der Mittel 25, 26.

Die zwischen den Mitteln 25, 26 und der Schaltungsanordnung 32 vorhandenen Verbindungsleitungen 30, 35 können einadrige Leitungen sein. Vorzugsweise sind abgeschirmte Leitungen 30 vorgesehen, die eine Störsignaleinkopplung reduzieren. Die in den abgeschirmten Leitungen vorhandene Kabelkapazität ist bei der Kalibrierung der gesamten Anordnung leicht zu berücksichtigen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Erfassen von Signalen an einer Zündanlage, die mehr als eine Zündspule enthält, mit kapazitiven Signalkopplungen, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Zündspule (11, 12) Mittel (25, 26) zur kapazitiven Signalkopplung (27, 28) vorgesehen sind, die jeweils zumindest in der Nähe der zugeordneten Zündspulen (11, 12) anbringbar sind, und daß eine Schaltungsanordnung (32) vorgesehen ist zum Zusammenführen der ausgekoppelten Signale.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Signalzusammenführung jeweils eine weitere kapazitive Signalkopplung (46, 47) zur Potentialtrennung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltungsanordnung (32) wenigstens ein Abgleichelement (45) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgleichanordnung (29) jedem Mittel (25, 26) zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an Eingängen (41, 42) der Schaltungsanordnung (32) spannungsbegrenzende Mittel (37, 38; 39, 40) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (25, 26) als an die Zündspulen (11, 12) ansteckbare Teile realisiert sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (25, 26) eine Steckvorrichtung (34) zum Anschluß von Verbindungsleitungen (30, 35) aufweisen, die zur Schaltungsanordnung (32) führen.