DE4136835C2 - Vorrichtung zur Ionenstromerfassung in einem Transistorzündsystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ionenstromerfassung in einem Transistorzündsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Solch eine Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms ist aus der DE 33 42 723 C2 bekannt.

Insbesondere zeigt die DE 33 42 723 C2 die Verwendung von massefreien Zündkerzen für die Verwendung in einer Ionenstromerfassungsvorrichtung in einem Transistorzündsystem mit zwei Zündkerzen.

Ein spezieller Anschluß, eine Sonde oder Elektrode, ist in einer Verbrennungskammer eines Zylinders vorgesehen, um ausschließlich ein Ionenstrom zu erfassen.

Die Vorrichtung nach der DE 33 42 723 C2 verwendet eine Zündkerze, die getrennt von der Ionenstromerfassungselektrode vorgesehen ist, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer zu zünden, so daß Ionenstromerfassungselemente keiner Hochspannung ausgesetzt sind. Als Folge davon wird keine Hochspannungsdiode benötigt. In diesem Fall benötigt jedoch das Vorsehen einer speziellen Ionenstromerfassungselektrode zusätzlich zu den Elektroden der Zündkerze zusätzlichen Raum und erhöht somit die Herstellungskosten.

Aus der US-A-4 648 367 ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines Ionenstroms bekannt, welche einen Kondensator zur Entkopplung einer Gleichspannung an einer Sekundärwicklung einer Zündspule verwendet. Bei dem Zündsystem der US-A-4 648 367 handelt es sich um ein kapazitives Zündsystem, bei dem nicht zwei Zündkerzen gleichzeitig gezündet werden.

Die DE 33 39 569 A1 lehrt, einen Stromsensor auf der Primärseite einer Zündspule sowie einer Anordnung eines Kondensators und einer Hochspannungs-Zenerdiode auf der Sekundärseite der Zündspule vorzusehen.

Aus der US-A-4 491 110 ist es bekannt, die Primärwicklung und die Sekundärwicklung einer Zündspule an einem Anschluß zusammenzuschalten und eine Reihenschaltung aus einer Gleichspannungsquelle und eines Stromsensors über zusätzliche Elemente an die Sekundärwicklung der Zündspule anzuschließen.

Aus Motortechnische Zeitschrift 51 (1990) 3, Seiten 118-122 sind die allgemeinen Hintergründe einer Ionenstrommessung an Zündkerzen von Ottomotoren als Klopferkennungsmittel bekannt.

In einer Brennkraftmaschine, die durch einen Funken gezündet wird, erzeugt der durch eine Zündkerze zum Zündzeitpunkt erzeugte Funken eine Ionisation der Luft in dem Zylinder. Wenn eine Spannung über den Elektroden der Zündkerze angelegt wird, wenn Ionen vorhanden sind, wird ein Ionenstrom zwischen den Elektroden erzeugt. Durch Messung des Ionenstroms ist es, aufgrund der Größe des Ionenstroms möglich zu bestimmen, ob der Zylinder, in dem die Zündkerze angeordnet ist, Fehlzündungen ausführt. Außerdem ist die Größe des Ionenstroms während des Verbrennungshubs eines Zylinders am größten wenn der Druck in dem Zylinder ein Maximum erreicht, so daß der Ionenstrom benützt werden kann, um Druckveränderungen innerhalb eines Zylinders zu überwachen.

Herkömmliche Vorrichtungen zur Erfassung eines Ionenstroms besitzen eine an die Zündkerze angeschlossene Energieversorgung, um eine negative Spannung zwischen der Mittelelektrode und der mit Masse verbundenen Elektrode einer Zündkerze zur Erzeugung eines Ionenstroms in Form von positiven Ionen anzulegen. Ein elektrischer Strom, der aufgrund des Ionenstroms durch einen mit der Energieversorgung in Reihe geschalteten stromfühlenden Widerstand fließt, wird dann als Anzeichen des Ionenstroms gemessen. Nachdem jedoch die den Ionenstrom erzeugenden positiven Ionen eine große Masse und eine niedrige Geschwindigkeit besitzen, ist die Größe des durch den stromfühlenden Widerstand fließenden elektrischen Stroms extrem klein und schwierig zu messen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Ionenstromerfassung in einem Transistorzündsystem einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vorzusehen, die mit niedrigem Aufwand einen großen Ionenstrom erzeugen kann, der einfach gemessen werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1.

In der Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine positive Spannung zwischen der Mittelelektrode und der mit Masse verbundenen Elektrode einer Zündkerze für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine angelegt. Wenn sich die Zündkerze entlädt und Ionen erzeugt, erzeugt die positive Spannung über den Elektroden der Zündkerze einen Ionenstrom aufgrund des Elektronenflusses. Nachdem Elektronen eine viel kleinere Masse und eine viel höhere Geschwindigkeit besitzen als positive Ionen ist der Ionenstrom groß und einfach zu messen.

Der aufgrund des ionischen Stroms fließende Strom, der zwischen den Elektroden aufgrund einer positiven Spannung durch einen mit der Energieversorgung in Reihe geschalteten Stromsensor fließt, wird dann nach dem Zünden der Zündkerze gemessen.

Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Arten von Transistor-Zündsystemen angewendet werden. Zum Beispiel kann das Zündsystem ein Zündsystem mit oder ohne Unterbrecherkontakten sein.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, das den Strompfad bei der Entladung irgendeiner der Zündkerzen zeigt;

Fig. 3 ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, das den Strompfad zeigt, wenn ein Ionenstrom erzeugt wird.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Zündsystem eines sogenannten Gleich-Zündungs-Typ, bei dem zwei Zündkerzen in einem Motor im wesentlichen zum selben Zeitpunkt gezündet werden, aber nur ein Zylinder entsprechend einer der Zündkerzen ein Brennstoff- Luft-Gemisch zum Zeitpunkt des Zündens enthält, weist eine Zündspule 1 mit einer Primärwicklung 1a und einer Sekundärwicklung 1b auf. Ein Anschluß der Primärwicklung 1a ist an eine nicht gezeigte Energieversorgung, wie zum Beispiel an eine Batterie, angeschlossen und der andere Anschluß ist an einen Leistungstransistor 2 angeschlossen, der von einer nicht gezeigten Steuereinheit gesteuert wird. Ein Anschluß der Sekundärwicklung 1b ist an die Mittelelektrode einer ersten Zündkerze 4a und der andere Anschluß ist an die Mittelelektrode einer zweiten Zündkerze 4b angeschlossen, die sich in einem anderen Zylinder als demjenigen in dem die erste Zündkerze 4a angeordnet ist, befindet. Die Zylinder, die die ersten und zweiten Zündkerzen 4a und 4b aufnehmen, sind so ausgewählt, daß die Kolben der zwei Zylinder in Gegenphase zueinander sind. Zum Beispiel können die Zylinder so gewählt werden, daß sich der Kolben eines Zylinders in seinem Verdichtungshub befindet, wenn sich der Kolben des anderen Zylinders in seinem Auslaßhub befindet, wobei in diesem Fall die beiden Kolben 360° außer Phase sind. Der positive Anschluß der Sekundärwicklung 1b und der Mittelelektrode der zweiten Zündkerze 4b sind an Masse durch eine Reihenschaltung angeschlossen, die eine Energieversorgung 5, einen stromfühlenden Widerstand 6 und ein Gleichrichtungselement in Form einer Diode 8 umfaßt. Die Anode der Diode 8 ist an den Widerstand 6 und die Kathode an die Sekundärwicklung 1b angeschlossen. Ein Anschluß 7 ist an einen Anschluß des Widerstands 6 angeschlossen, um die Spannungsänderung über dem Widerstand 6 aufgrund eines Ionenstroms zu messen. Die Polarität der Energieversorgung 5 ist derart, daß eine positive Spannung über der Mittelelektrode und der Masseelektrode jeder der Zündkerzen 4a und 4b angelegt wird. Die Spannung der Energieversorgung 5 kann in einem Bereich von 300 V liegen.

Wenn das Brennstoff-Luft-Gemisch in einem der Zylinder entsprechend der Zündkerzen 4a und 4b gezündet werden soll, wird der Leistungstransistor von einer nicht dargestellten Steuereinheit 2 ausgeschaltet, um den durch die Primärwicklung 10a fließenden Strom zu unterbrechen und eine Hochspannung, die eine in Fig. 2 dargestellte Polarität besitzt, wird in der Sekundärwicklung 10b erzeugt. Diese Spannung verursacht die Zündung der beiden, der ersten und der zweiten Zündkerze 4a und 4b, und ein Entladestrom fließt in die durch den Pfeil in Fig. 2 gezeigte Richtung. Weil zu diesem Zeitpunkt nur einer der den Zündkerzen entsprechenden Zylinder ein unverbranntes Brennstoff-Luft-Gemisch enthält, findet nur in diesem Zylinder eine Verbrennung statt.

Eine Ionisiation wird zum Zeitpunkt der Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemischs erzeugt, und Ionen werden zwischen den Elektroden einer der Zündkerzen erzeugt. Die von der Energieversorgung 5 erzeugte positive Spannung hat zur Folge, daß ein Ionenstrom zwischen den Elektroden der Zündkerze fließt, und dies hat zur Folge, daß ein elektrischer Strom in die durch den Pfeil in Fig. 3 dargestellte Richtung durch den Widerstand 6 fließt. Dieser elektrische Strom erzeugt eine Spannungsänderung am Anschluß 7 entsprechend der Größe des Ionenstroms. Nachdem der Ionenstrom aufgrund des Elektronenflusses existiert, ist die Größe des Ionenstroms viel größer als der Ionenstrom, der von einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms erzeugt wird, die den Fluß von positiven Ionen mißt. Deswegen kann der Ionenstrom einfach und zuverlässig gemessen werden.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Ionenstromerfassung in einem Transistorzündsystem einer Brennkraftmaschine, umfassend:

   • a) zwei Zündkerzen (4a, 4b) mit jeweils einer ersten und einer zweiten Elektrode;
   • b) eine eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweisende Zündspule (1), deren Sekundärwicklung (1b) mit ihrem einen Anschluß an die erste Elektrode der ersten Zündkerze (4a) und ihrem anderen Anschluß an die erste Elektrode der zweiten Zündkerze (4b) angeschlossen ist;
   • c) einen Stromsensor (6) mit einem ersten und einem zweiten Anschluß zur Erfassung des Ionenstromes und zur Abgabe eines die Stärke des Ionenstromes wiedergebenden Signals (7) am zweiten Anschluß;
   • d) eine Meßspannungs-Erzeugungseinrichtung, die mit dem Stromsensor (6) in Reihe verbunden ist, zum Erzeugen einer den Ionenstrom hervorrufenden Meßspannung, wobei der negative Anschluß der Meßspannungs-Erzeugungseinrichtung mit Masse und der positive Anschluß mit dem ersten Anschluß des Stromsensors (6) verbunden ist;
     dadurch gekennzeichnet, daß
   • e) die zweiten Elektroden der beiden Zündkerzen (4a, 4b) mit Masse verbunden sind;
   • f) die Meßspannungs-Erzeugungseinrichtung eine Gleichspannungsquelle (5) ist, welche ohne Aufnahme von Energie aus der Zündspule (1) eine Gleichspannung bereitstellt:
   • g) der Stromsensor (6) mit seinem zweiten Anschluß mit dem anderen Anschluß der Sekundärwicklung (16) verbunden ist; und
   • h) ein Gleichrichtungselement (8) zwischen dem zweiten Anschluß des Stromsensors (6) und dem anderen Anschluß der Sekundärwicklung (1b) in derartiger Richtung in Reihe geschaltet ist, daß die ersten Elektroden der beiden Zündkerzen (4a, 4b) mit der positiven Spannung von der Gleichspannungsquelle (5) beaufschlagt werden.