DE4133743C2 - Zündvorrichtung für einen Brennkraftmotor - Google Patents
Zündvorrichtung für einen BrennkraftmotorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Zündvorrichtung mit einer
Vorrichtung zum Erfassen eines Ionenstroms in einem
Brennkraftmotor, die einen Ionenstrom, der zwischen den
Elektroden einer Zündkerze während der Verbrennung eines
Gemischs in einem Motorzylinder für einen ausgedehnten
Zeitabschnitt beim Betrieb des Motors erzeugt wird, genau
bestimmen kann.
In der älteren Anmeldung gemäß der DE 41 33 049 A1 ist eine
Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor beschrieben, der eine
Zündspule und eine Zündkerze mit Elektroden aufweist, mit einem
Einsteller zum Einstellen des Zündzeitpunkts eines Zylinders
des Motors in Synchronisation zu seiner Umdrehung, einem
Detektor zum Detektieren eines Ionenstroms, der zwischen den
Elektroden der Zündkerze aufgrund von Verbrennung eines Luft-
Kraftstoff-Gemischs in dem Zylinder erzeugt wird, und einem
Filter, das an einen Eingang des Detektors angeschlossen ist,
zur Filterung vom Rauschen, das in dem Ionenstrom enthalten
ist, wobei das Rauschen durch die Zündspule aufgrund des
Funkenüberschlags der Zündkerze erzeugt wird.
Diese ältere Anmeldung läßt jedoch die Dimensionierung des
erwähnten Filters zwischen dem Gleichstromanteil und dem
gewünschten Ionenstrom-Hochfrequenzsignal offen. Wenn
beispielsweise nur der Gleichstromanteil abgeblockt wird, hat
das zur Folge, daß Ablagerungen, welche sich als
niederfrequente Signalkomponenten im Laufe der Lebensdauer der
Zündkerze zeigen, einen ungewünschten Einfluß auf das
Ionenstromsignal haben können.
Aus der US-A-4 648 367 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Erfassung eines Ionenstroms in einer Brennkraftmaschine mit
einer Energiequelle zum Laden einer Spannung an einen
Kondensator, der zum Anlegen einer Vorspannung an die
Elektroden dient, um einen Ionenstromfluß an die Elektroden zu
bewirken. Eine ionenstromführende Einrichtung ist
angeschlossen, um einen Spannungsabfall zu erfassen, wenn der
Ionenstrom fließt, und eine Vergleichseinrichtung ist
vorgesehen, um die erfaßte Spannung mit einer Spannung zu
vergleichen, die an der Vergleichseinrichtung vorliegt, bevor
der Ionenstrom fließt.
Bei dieser bekannten Vorrichtung findet zwar prinzipiell auch
eine gewisse Hochpaßfunktion aufgrund eines Kondensators statt,
jedoch befindet sich der bekannte Kondensator im
Sekundärstromkreis, durch den der Ionenstrom fließt, dient also
der Hochspannungsabblockung im Hinblick auf die nachfolgende
Auswerteschaltung.
Aus der US-A-4 515 132 ist eine Schaltung zur Erfassung einer
Fehlzündung eines Zylinders bekannt, wobei diese Fehlzündung
über eine Ionisationsprobe erfaßt wird, die ihren Widerstand
während einer Verbrennung ändert. Daraus resultierend ändert
sich ein Strom, der als Folge einer durch einen ladenden
Kondensator vorgesehenen Meßspannung erzeugt wird, und dieser
Strom wird durch eine Ionenstromerfassungseinrichtung erfaßt.
Fig. 2 ist ein Schaltbild, das die allgemeine Anordnung
einer Zündvorrichtung in einem Brennkraftmotor zeigt, der
mit einer bekannten Ionenstromdetektiervorrichtung
ausgerüstet ist. Die dargestellte Zündvorrichtung enthält
eine Zündspule 1, die eine Primärwicklung und eine
Sekundärwicklung aufweist, die an eine computergestützte
Motorsteuereinrichtung (ECU) 3 durch ein Schaltelement 2
in Form eines Leistungstransistors angeschlossen ist. Der
Leistungstransistor 2 weist einen Kollektor auf, der an
die Primärwicklung der Zündspule 1 angeschlossen ist, eine
Basis, die an die ECU 3 angeschlossen ist, die den
Zündzeitpunkt eines Motorzylinders 7 einstellt, und einen
geerdeten Emitter. Die Primärwicklung der Zündspule 1 ist
an eine Kathode einer Rücklaufstrom-Prüfdiode 4
angeschlossen, deren Anode an eine Zündkerze 5
angeschlossen ist, die auf dem Motor-Zylinderkopf 7
befestigt ist, in dem ein Kolben 7a zur Auf- und
Abwärtsbewegung auf genommen ist. Die Elektroden 5a der
Zündkerze 5 befinden sich in einer Brennkammer 6, die in
dem Motorzylinder 7 zum Zünden eines
Luft/Kraftstoffgemischs definiert ist. Ein Signalgenerator
8 fühlt den Kurbelwinkel oder die Umdrehungsstellung des
Kolbens 7a oder einer damit verbundenen Kurbelwelle 18,
und erzeugt ein entsprechendes Kurbelwinkelsignal in
Synchronisation mit der Umdrehung der Kurbelwelle 18. Eine
im allgemeinen durch die Bezugszahl 9 bezeichnete
ionenstromfühlende Einrichtung ist an ihrem einen
Eingangsanschluß durch eine Diode 16 an einen Knotenpunkt
zwischen der Rücklaufstrom-Prüfdiode 4 und der Zündkerze 5
und an ihrem Ausgangsanschluß an die Steuereinheit 3
angeschlossen. Die ionenstromfühlende Einrichtung 9
enthält einen Signalprozessor 10, der an seinem Ausgang an
den Ausgangsanschluß der Einrichtung 9 angeschlossen ist,
die wiederum an die ECU 3 angeschlossen ist, und einen
Vergleicher 11, der einen ersten Eingangsanschluß
aufweist, der an einen Knotenpunkt A zwischen der Kathode
der Diode 16 und an einen Anschluß eines
ionenstromfühlenden Widerstands 15 angeschlossen ist,
dessen anderer Anschluß an einen negativen Anschluß einer
Gleichspannungs-Energiequelle 14 angeschlossen ist, und
einen zweiten Eingangsanschluß, auf den eine
Bezugsspannung V1 eingeprägt ist, zum Vergleichen einer
Spannung V2 über den Widerstand 15, die einem durch die
Verbrennung des Gemischs in der Brennkammer 6 erzeugten
Ionenstrom entspricht und
dem Widerstand 15 durch die Diode 16 zugeführt wird, wie
in Fig. 2 durch einen Pfeil 17 gezeigt, mit der
Bezugsspannung V1. Der zweite Eingangsanschluß des
Vergleichers 11 ist durch einen Widerstand 13 an einen
Knotenpunkt B zwischen dem Widerstand 15 und der
Gleichspannungs-Energiequelle 14 angeschlossen. Ein
Widerstand 12 ist an seinem einen Anschluß an einen
Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 13 und dem zweiten
Eingangsanschluß des Vergleichers 11 und an seinem anderen
Anschluß an eine Energieversorgung angeschlossen. Wenn die
an den ersten Eingangsanschluß des Vergleichers 11
angelegte Spannung V2 über dem ionenstromfühlenden
Widerstand 15 größer wird als die an seinem zweiten
Eingangsanschluß angelegte Bezugsspannung V1, erzeugt der
Vergleicher 11 ein Ausgangssignal, das dem Signalprozessor
10 zugeführt wird, der dann ein ionenstromfühlendes Signal
19 an der ECU 3 erzeugt. In diesem Zusammenhang wird die
Bezugsspannung V1 folgendermaßen ausgedrückt:
V1 = V0 + (Vcc - V0) × R2/(R1 + R2)
wobei V0 die Spannung an dem Knotenpunkt B, Vcc die
Quellenspannung der an den Widerstand 12 angeschlossenen
Energieversorgung R1 der Wert des Widerstands 12
und R2 der Wert des Widerstands 13 ist.
Wenn der Leistungstransistor 2 im Betrieb durch ein
Steuersignal von der ECU 3 ausgeschaltet wird, entwickelt
sich eine hohe negative Spannung 20 über der
Sekundärwicklung der Zündspule 1, die durch die Diode 4
der Zündkerze 5 zugeführt wird, wodurch ein Funken
zwischen den Elektroden 5a der Zündkerze 5 erzeugt wird um
ein Luft/Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 6 in dem
Zylinder 7 zu zünden. Nachdem die so über der
Sekundärwicklung der Zündspule 1 erzeugte Hochspannung 20
negativ ist, wird sie bei dieser Gelegenheit durch die
Diode 16 unterbrochen und wirkt sich nicht auf die
ionenstromfühlende Vorrichtung 9 aus. Während der
Verbrennung des Gemischs in der Brennkammer 6 wird ein
Ionenstrom zwischen den Elektroden 5a der Zündkerze 5
erzeugt und durch die Diode 16 der ionenstromfühlenden
Einheit 9 zugeführt, wie in Fig. 2 durch den Pfeil 17
gezeigt, nachdem durch die Gleichspannungs-Energiequelle
14 eine negative Vorspannung auf einen Eingangsanschluß
(oder Knotenpunkt A) der Vorrichtung 9 angelegt wird. Als
Folge davon entsteht über dem Widerstand 15 eine Spannung
V2, die dem ersten Eingangsanschluß des Vergleichers 11
zugeführt wird, wo sie mit der an dessen zweiten
Eingangsanschluß angelegten Bezugsspannung V1 verglichen
wird. Wenn die Spannung V2 größer wird als die
Bezugsspannung V1, erzeugt der Vergleicher 11 ein
Ausgangssignal, das dann dem Signalprozessor 10 zugeführt
wird. Der Signalprozessor 10 verarbeitet das
Ausgangssignal des Vergleichers 11 und erzeugt ein
ionenstromfühlendes Signal 19 an der ECU 3. Aufgrund
dieses Signals 19 sowie des Kurbelwinkelsignals des
Signalgenerators 8 entscheidet die ECU 3, daß eine normale
Verbrennung in dem Zylinder 7 stattgefunden hat.
Wenn sich Kohlenstoff, andere Verbrennungsprodukte und
ähnliches auf den Oberflächen der Elektroden 5a der
Zündkerze 5 während eines ausgedehnten Zeitabschnitts beim
Betrieb des Motors abgelagert oder angesammelt haben, sind
mit der bekannten ionenstromfühlenden Vorrichtung, wie
oben beschrieben, die Elektroden immer einer negativen
Vorspannung von der Gleichspannungs-Energiequelle 14
ausgesetzt, so daß ein begrenzter Leckstrom von dem
positiven Anschluß der Gleichspannungs-Energiequelle 14 zu
ihrem negativen Anschluß durch die Elektroden 5a der
Zündkerze 5, die Diode 16 und den Widerstand 15 fließen
kann. Als Folge davon entsteht über dem Widerstand 15
immer eine Spannung, so daß die Bedingung V2 < V1 immer
eingehalten wird. Es folgt daraus, daß der Vergleicher 11
zum Erzeugen eines Ausgangssignals zu allen Zeiten falsch
arbeitet, unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen eines
Ionenstroms, und dadurch die Betriebszuverlässigkeit der
ionenstromfühlenden Vorrichtung 9 beträchtlich
verschlechtert. Dementsprechend zielt die vorliegende
Erfindung darauf ab, die oben erwähnten Probleme zu
beseitigen, die in der bekannten ionenstromfühlenden
Vorrichtung auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung
mit einer neuen und verbesserten ionenstromfühlenden Vorrichtung für einen
Brennkraftmotor zu schaffen, die einen zwischen den
Elektroden einer Zündkerze während der Verbrennung eines
Gemischs erzeugten Ionenstrom genau bestimmen kann, sogar
dann, wenn die Elektroden durch Kohlenstoff und andere
darauf abgelagerte und angesammelte Verbrennungsprodukte
verschmiert worden sind.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Zündvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Die oben beschriebenen und andere Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der Erfindung werden durch die folgende
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild einer ionenstromfühlenden
Vorrichtung für einen Brennkraftmotor entsprechend
der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 eine Ansicht, ähnlich wie die in Fig. 1, die aber
eine bekannte ionenstromfühlende Vorrichtung zeigt.
In den Zeichnungen werden die gleichen und entsprechenden
Teile durch die gleichen Symbole bezeichnet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine ionenstromfühlende Vorrichtung für einen
Brennkraftmotor, die entsprechend den Grundideen der
Erfindung ausgeführt ist. Die ionenstromfühlende
Vorrichtung, die allgemein durch die Bezugszahl 9A
bezeichnet wird, ist im wesentlichen ähnlich zu der durch
die Bezugszahl 9 in Fig. 2 dargestellten, bis auf die
folgenden Merkmale. Insbesondere enthält die
ionenstromfühlende Vorrichtung 9A einen Signalprozessor
10, der derselbe ist, wie der aus Fig. 2, und der an
seinem Ausgangsanschluß an eine Motorsteuervorrichtung 3
angeschlossen ist, und einen Vergleicher, der an seinem
einen Ausgangsanschluß an einen Eingangsanschluß des
Signalprozessors 10 angeschlossen ist. Der Vergleicher 11
weist einen ersten Eingangsanschluß auf, der durch ein
Filter 21 an einen Knotenpunkt A angeschlossen ist, an den
ein Anschluß einer ionenstromfühlenden Einrichtung 15 in
Form eines Widerstands, dessen anderer Anschluß an einen
negativen Anschluß einer Gleichspannungs-Energiequelle 14
angeschlossen ist, an die Elektroden 5a einer Zündkerze 5
durch eine Diode 16 angeschlossen ist, und einen zweiten
Eingangsanschluß, auf den eine Bezugsspannung V1
eingeprägt ist. Der Signalprozessor 10 bildet zusammen mit
dem Vergleicher 11 eine Signalverarbeitungseinrichtung,
wie durch die Erfindung beansprucht. Das Filter 21 enthält
einen Kondensator 22, der an seinem einen Anschluß an den
Knotenpunkt A und an seinem anderen Anschluß an den ersten
Eingangsanschluß des Vergleichers 11 angeschlossen ist,
und einen Widerstand 23, der an seinem einen Anschluß an
Masse und an seinem anderen Anschluß an einen Knotenpunkt
C zwischen dem Kondensator 22 und dem ersten
Eingangsanschluß des Vergleichers 11 angeschlossen ist.
Somit läßt das Filter 21 nur hochfrequente Komponenten
einer Spannung durch, die über dem Widerstand 15 an dem
ersten Eingangsanschluß des Komparators 11 entsteht,
während es eine Gleichkomponente und niedrigfrequente
Komponenten, die in keiner Beziehung mit einem zwischen
den Elektroden 5a der Zündkerze 5 während der Verbrennung
eines Gemischs in einer Brennkammer 6 in einem Zylinder 7
erzeugten Ionenstrom stehen, davon abblockt oder entfernt.
Wenn der Leistungstransistor 2 durch ein Steuersignal von
der ECU 3 im Betrieb ausgeschaltet wird, wird eine hohe
negative Spannung 20 über der Sekundärwicklung der
Zündspule 1 erzeugt und durch die Diode 4 der Zündkerze 5
zugeführt, wodurch ein Funken zwischen den Elektroden 5a
der Zündkerze 5 erzeugt wird, um ein
Luft/Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 6 in dem
Zylinder 7 zu zünden. Nachdem die so über der
Sekundärwicklung der Zündspule 1 erzeugte Hochspannung 20
negativ ist, wird sie bei dieser Gelegenheit durch die
Diode 16 unterbrochen und wirkt sich nicht auf die
ionenstromfühlende Vorrichtung 9A aus. Jedesmal, wenn das
Gemisch in der Brennkammer 6 verbrannt wird, wird ein
Ionenstrom zwischen den Elektroden 5a der Zündkerze 5
erzeugt und der ionenstromfühlenden Vorrichtung 9A durch
die Diode 16 zugeführt, sowie durch den Pfeil 17 in Fig. 1
gezeigt, weil durch die Gleichspannungs-Energiequelle 14
auf den Eingangsanschluß oder Knotenpunkt A der
Vorrichtung 9A eine negative Vorspannung angelegt wird. So
entsteht über dem Widerstand 15 eine hochfrequente
Spannung V2, die durch das Filter 21, das den Kondensator
22 und den Widerstand 23 enthält, dem ersten
Eingangsanschluß des Vergleichers 11 zugeführt wird, wo
sie mit der an dessen zweiten Eingangsanschluß angelegte
Bezugsspannung V1 verglichen wird. Wenn die Spannung V2
größer wird als die Bezugsspannung V1, erzeugt der
Vergleicher 11 ein Ausgangssignal, das dann dem
Signalprozessor 10 zugeführt wird, der das Ausgangssignal
des Vergleichers 11 weiterverarbeitet, und, wie in der
oben erwähnten bekannten ionenstromfühlenden Vorrichtung
aus Fig. 2, ein Ionenstromdetektiersignal 19 an der ECU 3
erzeugt. Aufgrund dieses Signals 19 sowie des
Kurbelwinkelsignals des Signalgenerators 8 entscheidet die
ECU 3, daß eine normale Verbrennung in dem Zylinder 7
stattgefunden hat.
Entsprechend der ionenstromfühlenden Vorrichtung 9A der
vorliegenden Erfindung wird sogar wenn sich Kohlenstoff
oder andere Verbrennungsprodukte auf den Oberflächen der
Elektroden 5a der Zündkerze 5 ablagern, ermöglicht, daß
ein Leck-Gleichstrom von dem positiven Anschluß der
Gleichspannungs-Energiequelle 14 durch die Elektroden 5a
der Zündkerze 5, die Diode 16 und den Widerstand 15 an
ihren negativen Anschluß fließt, wohingegen eine
Gleichspannung über dem Widerstand 15 erzeugt wird und
sich die so erzeugte Gleichspannung durch den Kondensator
22 nicht auf den ersten Eingangsanschluß des Vergleichers
11 auswirkt. Als Folge davon kann die ionenstromfühlende
Vorrichtung 9A der Erfindung einen Ionenstrom während
eines ausgedehnten Zeitabschnitts beim Betrieb des Motors
genau bestimmen, so daß die Zuverlässigkeit in der
Vorrichtung erheblich verbessert wird.
Claims (3)
1. Zündvorrichtung für einen Brennkraftmotor zum Zünden einer
Zündkerze (5), die sich in einer Brennkammer (6) in einem
Zylinder (7) befindet, umfassend
- a) eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (9A), die mit der Zündkerze (5) verbunden ist, zur Erzeugung eines Ionenstromsignals (19), mit
- a1) einer Energiequelle (14), zur Anlegung einer Vorspannung an Elektroden (5a) der Zündkerze (5);
- a2) einer ionenstromfühlenden Einrichtung (15), die zwischen einer mit einer Elektrode der Zündkerze (5) verbundenen Diode (16) und der Energiequelle (14) angeschlossen ist, um einen Ionenstrom als eine hochfrequente Spannung (V2) zu erfassen, der zwischen den Elektroden (5a) der Zündkerze (5) jedesmal erzeugt wird, wenn ein Gemisch in der Brennkammer (6) verbrannt wird;
- a3) einem an den Verbindungspunkt (A) von der Diode (16) und der ionenstromfühlenden Einrichtung (15) angeschlossenen Filter (21; 22, 23) zum Filtern der dem Ionenstrom entsprechenden Spannung (V2) in eine Ausgangsspannung, wobei das Filter (21; 22, 23) nur hochfrequente Komponenten der Spannung (V2) durchläßt, die über der ionenstromfühlenden Einrichtung (15) entsteht, während es eine Gleichkomponente und niedrigfrequente Komponenten, die in keiner Beziehung zu dem Ionenstrom stehen, abblockt;
- a4) einem Vergleicher (11), um die Ausgangsspannung des Filters (21; 22, 23) mit einer Bezugsspannung (V1) zu vergleichen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Ausgangsspannung des Filters (21; 22, 23) größer ist als die Bezugsspannung (V1); und
- a5) einer Signalprozessoreinheit (10), zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Vergleichers (11) zur Erzeugung des Ionenstromsignals (19); und
- b) eine Steuereinheit (3; ECU), die mit der Ionenstrom- Erfassungseinrichtung (9A) zum Empfang des Ionenstromsignals (19) und mit einem Kurbelwinkelsensor (8) zum Empfang eines Kurbelwellensignals verbunden ist, zur Einstellung des Zündzeitpunktes des Zylinders und zur Entscheidung, ob eine normale Verbrennung in dem Zylinder (7) stattgefunden hat aufgrund des Ionenstromsignals (19) und des Kurbelwellensignals.
2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - die ionenstromfühlende Einrichtung einen Widerstand (15) umfaßt; und
- - das Filter (21; 22, 23) einen Kondensator (22), dessen einer Anschluß an den Verbindungspunkt (A) angeschlossen ist und dessen anderer Anschluß an den Vergleicher (11) angeschlossen ist, und einen Widerstand (23) umfaßt, dessen einer Anschluß an Masse angeschlossen ist und dessen anderer Anschluß an einen weiteren Verbindungspunkt (C) zwischen dem Kondensator (22) und dem Vergleicher (11) angeschlossen ist.
3. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Energiequelle (14) eine negative Vorspannung an
den Verbindungspunkt (A) anlegt.
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