DE4138823A1 - Vorrichtung zur erfassung eines ionenstroms - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms, der zwischen den Elektroden einer Zündkerze in einer Brennkraftmaschine fließt.

In einer Brennkraftmaschine, die durch einen Zündfunken gezündet wird, findet zum Zeitpunkt der Verbrennung in einem Zylinder das Motors eine Ionisation in dem Zylinder statt. Falls eine Spannung über die Elektroden der Zündkerze des Zylinders angelegt wird, wird ein Ionenstrom zwischen den Elektroden erzeugt. Durch Messung des Ionenstroms ist es aufgrund der Größe des Ionenstroms möglich zu entscheiden, ob der Zylinder, in dem die Zündkerze angeordnet ist, Fehlzündungen ausführt. Außerdem ist die Größe des Ionenstrom während des Verbrennungshubs eines Zylinders am größten, wenn der Druck in dem Zylinder ein Maximum erreicht, so daß der Ionenstrom verwendet werden kann, um Druckveränderungen innerhalb eines Zylinders zu überwachen.

Herkömmliche Vorrichtungen zur Erfassung eines Ionenstroms besitzen eine Energieversorgung, die an die Zündkerze derart angeschlossen ist, so daß zur Erzeugung eines Ionenstroms in Form von positiven Ionen eine Spannung über der Mittelelektrode und der Masseelektrode der Zündkerze angelegt wird. Ein aufgrund des Ionenstroms durch einen mit der Energieversorgung in Reihe geschalteten stromfühlenden Widerstand fließender elektrischer Strom wird dann als Anzeichen das Ionenstroms gemessen. Die Energieversorgung erzeugt typischerweise eine Spannung von ungefähr 50 bis 300 Volt. Eine derartige Spannung wird normalerweise durch Erhöhung einer Batteriespannung unter Verwendung eines Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlers oder dergleichen erzeugt. Jedoch benötigt ein Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler einen Transformator, so daß die Energieversorgung und die Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms im Ganzen im Endeffekt groß, schwer und teuer wird.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die kleiner, leichter und preiswerter ist als herkömmliche Vorrichtungen zur Erfassung eines Ionenstroms.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms zu schaffen, die einfach auf ein herkömmliches Zündsystem für eine Brennkraftmaschine angewendet werden kann.

In einer Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms entsprechend der Erfindung, wird eine in einer Zündspule zum Zeitpunkt des Zündens einer Zündkerze eines Motors erzeugte Hochspannung an ein Energiespeicherungselement in Form eines Kondensators angelegt. Nachdem die Zündkerze gezündet hat, legt der Kondensator eine Spannung über der Mittelelektrode und der Masseelektrode der Zündkerze an. Die durch den Kondensator angelegte Spannung erzeugt einen Ionenstrom zwischen den Elektroden der Zündkerze, und der Ionenstrom bewirkt, daß sich der Kondensator entlädt. Der durch die Entladung des Kondensators erzeugte Strom wird durch einen an den Kondensator angeschlossenen Stromsensor als Anzeichen des Ionenstroms gemessen.

Die durch den Kondensator über die Elektroden der Zündkerze angelegte Spannung kann entweder eine positive oder eine negative Spannung sein. Vorzugsweise legt der Kondensator jedoch eine positive Spannung zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode der Zündkerze an.

Die Erfindung kann auf verschiedene Arten von Zündsystemen angewendet werden. Zum Beispiel kann es sich bei dem Zündsystem um ein System mit oder ohne einem Verteiler oder mit oder ohne Unterbrecherkontakten handeln.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

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

Fig. 2 ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, das den Strompfad zeigt, wenn die Zündkerze zündet;

Fig. 3 ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, das den Strompfad zeigt, wenn der Ionenstrom zwischen den Elektroden der Zündkerze fließt;

Fig. 4 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms entsprechend der Erfindung;

Fig. 5 und 6 Schaltbilder eines dritten und vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Anwendung auf ein mit einem Verteiler ausgerüstetes Zündsystem;

Fig. 7 ein Schaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms entsprechend der Erfindung;

Fig. 8 eine Kurvendarstellung der Sekundärspannung, des Sekundärstroms und des Ionenstroms als Funktion der Zeit während des Betriebs des Ausführungsbeispiels aus Fig. 7;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Zündkerze, die mit einem Leistungstransistor und einer Ionenstromerfassungseinheit kombiniert ist;

Fig. 10 ein Schaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms entsprechend der Erfindung;

Fig. 11 ein Schaltbild, das darstellt, wie das Ausführungsbeispiel aus Fig. 10 verwendet werden kann, um den Ionenstrom in einer Vielzahl von Zündkerzen zu erfassen;

Fig. 12 eine Kurvendarstellung, die den durch jede der Zündspulen fließenden Primärstrom und den durch jede der Zündkerzen eines mit der Anordnung aus Fig. 11 ausgerüsteten Vierzylindermotors fließenden Ionenstrom zeigt; und

Fig. 13 ein Schaltbild eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung bei Anwendung auf ein Zündsystem mit einem Verteiler.

Mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1 bis 3 stellen ein erstes Ausführungsbeispiel dar, so wie es auf ein herkömmliches Zündsystem für eine nicht dargestellte Vielfachzylinder-Brennkraftmaschine angewendet wird. Obwohl der Motor eine Vielzahl von Zylindern aufweist, ist das Zündsystem für nur einen Zylinder dargestellt. Das Zündsystem enthält eine herkömmliche Zündspule 1, die eine Primärwicklung 1a und eine Sekundärwicklung 1b aufweist. Ein Anschluß der Primärwicklung 1a ist an eine nicht dargestellte Energieversorgung, wie zum Beispiel an eine Batterie angeschlossen, während der andere Anschluß an eine Schalteinrichtung zur Steuerung des Stromflusses durch die Primärwicklung la angeschlossen ist. Die Schalteinrichtung in diesem Ausführungsbeispiel ist ein Leitungstransistor 2, der einen an die Primärwicklung 1a angeschlossenen Kollektor und einen an Masse angeschlossenen Emitter aufweist. Es ist möglich, eine andere Art von Schalteinrichtung, wie zum Beispiel die mechanischen Unterbrecherkontakte eines Verteilers, zu verwenden. Das Schalten des Leistungstransistors 2 wird durch eine herkömmliche, nicht dargestellte Steuereinheit gesteuert, die ein Steuersignal an die Basis des Transistors 2 anlegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine getrennte Zündspule 1 für jeden Zylinder des Motors vorgesehen, aber es ist auch möglich, eine einzelne Zündspule 1 für eine Vielzahl der Zylinder zu verwenden.

Die Sekundärwicklung 1b weist einen positiven Anschluß und einen negativen Anschluß auf. Der Motor weist eine Vielzahl von Zündkerzen 3 auf, wobei jede von diesen eine Mittelelektrode 3a besitzt, die an den negativen Anschluß der Sekundärwicklung 1b angeschlossen ist, und eine an Masse angeschlossene Masseelektrode 3b.

Der positive Anschluß der Sekundärwicklung 1b ist an einen Anschluß eines Energiespeicherungselements in Form eines Kondensators 4 angeschlossen. Der andere Anschluß des Kondensators 4 ist durch einen aus einem stromfühlenden Widertand 5 bestehenden Stromsensor an Masse angeschlossen. Ein Anschluß 6 ist an den Knotenpunkt des Kondensators 4 des Widerstands 5 angeschlossen, um eine Messung einer Spannungsänderung über dem Widerstand 5 aufgrund eines zwischen den Elektroden der Zündkerzen 3 fließenden Stromes zu ermöglichen. Ein Gleichrichtungselement, wie zum Beispiel eine Diode 7, ist parallel zum Widerstand 5 geschaltet, wobei ihre Anode an den Kondensator 4 und ihre Kathode an Masse angeschlossen ist. Zur Begrenzung der Spannung über dem Kondensator 4 und der Diode 7 ist eine Zenerdiode 8 parallel zum Kondensator 4 und der Diode 7 derart angeschlossen, daß ihre Kathode an den positiven Anschluß der Sekundärwicklung 1b und ihre Anode an Masse angeschlossen ist. Die Zenerdiode 8 ist so gewählt, daß sie den Kondensator 4 auf eine vorgegebene Spannung auflädt, wenn die Sekundärwicklung 1b erregt wird. Ein typischer Wert der Spannung über dem Kondensator 4 ist zu diesem Zeitpunkt 300 Volt.

Wenn der Zylinder, in dem die Zündkerze 3 angeordnet ist, gezündet wird, wird der Leistungstransistor 2 durch eine nicht dargestellte Steuereinheit zur Unterbrechungdurch des durch die Primärwicklung la fließenden Stroms ausgeschaltet und eine Hochspannung (im allgemeinen 10 bis 25 kV), die eine Polarität so wie in Fig. 2 dargestellt besitzt, wird in der Sekundärwicklung 1b erzeugt. Diese Spannung bewirkt, daß sich die Zündkerze 3 entlädt, und ein Entladestrom fließt von der Zündkerze 3 entlang dem Pfad, der in Fig. 2 durch einen Pfeil angedeutet ist. Die Entladung der Zündkerze 3 zündet das Kraftstoff-Luftgemisch in dem entsprechenden Zylinder und eine Verbrennung findet statt. Gleichzeitig wird der Kondensator 4 auf eine durch die Durchbruchspannung der Zenerdiode 8 bestimmte Spannung mit dar dargestellten Polarität aufgeladen.

Zum Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches wird in dem Zylinder eine Ionisation erzeugt, und zwischen den Elektroden der Zündkerze werden Ionen erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung über dem Kondensator 4 an die Elektroden der Zündkerze 3 angelegt, und diese Spannung bewirkt, daß ein Ionenstrom zwischen den Elektroden fließt. Aufgrund des Ionenstroms entlädt sich der Kondensator 4, und ein Strom fließt durch den Widerstand 5, durch den Kondensator 4, und durch die Sekundärwicklung 1b in die durch den gestrichelten Pfeil in Fig. 3 dargestellte Richtung. Dieser Strom erzeugt eine Spannungsänderung am Anschluß 6 entsprechend der Größe des Ionenstroms. Deswegen kann durch Überwachung der Spannung am Anschluß 6 festgestellt werden, ob der Zylinder richtig zündet.

Falls die Spannung am Anschluß 6 anzeigt, daß der Zylinder Fehlzündungen ausführt, kann der Motor derart gesteuert werden, daß der Fehlzündungszylinder ruht. Zum Beispiel kann die Kraftstoffzuführung im Fehlzündungszylinder unterbrochen werden, wodurch vermieden wird, daß unverbrannter Kraftstoff von dem Motor abgegeben wird.

Vorzugsweise ist der Kondensator 4 an die Zündkerze 3 elektrisch so angeschlossen, daß der Kondensator 4 eine positive Spannung über der Mittelelektrode 3a und der Masseelektrode 3b der Zündkerze 3 anlegt, das heißt, eine Spannung derart, daß die Mittelelektrode 3a ein höheres Potential als die Masseelektrode 3b besitzt. Falls eine negative Spannung an die Elektroden angelegt wird, ist die Ursache des Ionenstroms zwischen den Elektroden 3a und 3b der Fluß von positiven Ionen. Nachdem positive Ionen eine größere Masse aufweisen, ist der Ionenstrom extrem klein, und der durch den Widerstand 5 fließende Strom schwierig zu messen. Im Gegensatz dazu wird der Ionenstrom durch den Fluß von Elektronen erzeugt, wenn eine positive Spannung über der Mittelelektrode 3a und der Masseelektrode 3b angelegt wird. Nachdem die Elektronen eine viel kleinere Masse besitzen als positiove Ionen, ist der Ionenstrom viel größer (im allgemeinen 10 bis 50 mal so groß) als ein auf positiven Ionen beruhender Ionenstrom. Deswegen fließt ein großer Strom durch den Widerstand 5, wenn eine positive Spannung über den Elektroden 3a und 3b angelegt und erzeugt eine leicht zu ermittelnde Spannungsänderung am Anschluß 6.

Der Kondensator 4 übernimmt die Aufgabe einer Gleichspannungs-Energieversorgung mit einem Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler, so wie er in einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms erforderlich ist. Der Kondensator 4 kann viel kleiner, leichter und preiswerter sein als eine Gleichspannungs-Energieversorgung, so daß die Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms entsprechend der vorliegenden Erfindung kleiner, leichter und preiswerter als eine Herkömmliche sein kann.

In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 bis 3 war die Zündspule 1 zum Anlegen einer negtaiven Spannung an die Zündkerze 3 zur Erzeugung einer Zündung ausgeführt. Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Zündspule, die so ausgelegt ist, daß eine positive Spannung an die Mittelelektrode einer Zündkerze zur Erzeugung einer Zündung angelegt wird. Wie in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1, weist dieses Ausführungsbeispiel eine Zündspule 1 mit einer Primärwicklung la und einer Sekundärwicklung 1b auf. Ein Anschluß der Primärwicklung 1a ist an eine nicht dargestellte Energieversorgung, wie zum Beispiel an eine Batterie, angeschlossen, und der andere Anschluß der Primärwicklung 1b ist an einen Leistungstransistor 2 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 1b weist einen positiven Anschluß und einen negativen Anschluß auf. Der positive Anschluß ist an die Mittelelektrode 3a einer Zündkerze 3 durch eine Diode 9 angeschlossen, deren Anode an die Sekundärwicklung 1b und deren Kathode an die Zündkerze 3 angeschlossen ist. Der negative Anschluß der Sekundärwicklung 1b ist an einen Anschluß eines Kondensators 4 an einen Anschluß eines stromfühlenden Widerstands 5 und an die Anode einer Zenerdiode 8 angeschlossen. Der andere Anschluß des Kondensators 4 ist an die Kathode einer Diode 7 und an die Anode einer weiteren Diode 10 angeschlossen. Die Kathode der Zenerdiode 8, der andere Anschluß des stromfühlenden Widerstands 5 und der Anode der Diode 7 sind an Masse angeschlossen. Die Kathode der Diode 10 ist an die Kathode der Diode 9 und an die Mittelelektrode 3a der Zündkerze 3 angeschlossen. Ein Anschluß 6 ist an den Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 5 und dem Kondensator 4 angeschlossen, um eine Messung der Spannungsänderung aufgrund eines Ionenstroms über dem Widerstand 5 zu ermöglichen.

Die Betriebsweise dieses Ausführungsbeispiels ist ähnlich zu der des vorangegangenen Ausführungsbeispiels. Wenn der Leistungstransistor 2 ausgeschaltet wird, um den durch die Primärwicklung 1a fließenden Primärstrom zu unterbrechen, wird eine Hochspannung der gezeigten Polarität in der Sekundärwicklung 1b erzeugt, und ein Entladestrom fließt von der Sekundärwicklung 1b durch die Diode 9 und in die Zündkerze 3 hinein, so wie durch den durchgezogenen Pfeil dargestellt. Gleichzeitig wird der Kondensator 4 auf eine Spannung mit der dargestellten Polarität, wie zum Beispiel 300 Volt, die durch die Zenerdiode 8 bestimmt wird, aufgeladen.

Die Entladung der Zündkerze 3 erzeugt eine Ionisation des Kraftstoff-Luftgemisches, und Ionen werden zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 erzeugt. Die an die Zündkerze 3 durch den Kondensator 4 angelegte positive Spannung erzeugt einen Ionenstromfluß zwischen den Elektroden der Zündkerze 3. Der Ionenstrom ermöglicht die Ladung des Kondensators 4, und ein elektrischer Strom fließt in die durch den gestrichelten Pfeil in Fig. 4 dargestellte Richtung durch den Widerstand 5, den Kondensator 4 und die Diode 10. Dieser elektrische Strom erzeugt eine Spannungsanderung am Anschluß 6 entsprechend der Größe des Ionenstroms. Wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist die Ursache des Ionenstroms zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 der Fluß von Elektronen, so daß die Größe des Ionenstroms größer ist und einfacher durch die Spannungsänderung am Anschluß 6 gemessen werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel besitzt dieselben Vorteile wie das vorangegangene Ausführungsbeispiel.

In den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist eine Zündspule direkt an eine Zündkerze angeschlossen. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Zündsystem angewendet werden, das mit einem Verteiler ausgerüstet ist. Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem eine einzelne Zündspule 1 eine Zündspannung für eine Vielzahl von Zündkerzen (nur eine von diesen ist gezeigt) durch einen Verteiler 11 bereitstellt. Wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen weist die Zündspule 1 eine Primärwicklung 1a und eine Sekundärwicklung 1b auf. Ein Anschluß der Primärwicklung 1a ist an eine nicht dargestellte Energieversorgung angeschlossen, und der andere Anschluß der Primärwicklung 1b ist an einen Leistungstransistor 2 angeschlossen. Der Verteiler 11 weist eine Mittelelektrode 11 auf, die sich in Synchronisation mit dem Motor (normalerweise mit der Hälfte der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors) dreht, und eine Vielzahl von stationären, am Umfang angeordneten Elektroden 11b, die um die Mittelelektrode 11a angeordnet sind. Die Mittelelektrode 11a ist an den negativen Anschluß der Sekundärwicklung 1b angeschlossen, und jede der am Umfang angeordneten Elektroden 11b ist an die Mittelelektrode 3a einer der Zündkerzen 3 des Motors angeschlossen, wobei nur eine von diesen gezeigt ist. Jeder der am Umfang angeordneten Elektroden 11b ist außerdem an die Mittelelektrode 11a durch eine Diode 9 (nur eine von diesen ist gezeigt) angeschlossen, deren Anode an die Mittelelektrode 11a und deren Kathode an einen der am Umfang angeordneten Elektroden 11b angeschlossen ist.

Der positive Anschluß der Sekundärwicklung 1b ist an einen Anschluß eines Kondensators 4 und an die Kathode einer Zenerdiode 8 angeschlossen. Der andere Anschluß des Kondensators 4 ist an einen Anschluß eines stromfühlenden Widerstands 5 und an die Anode einer Diode 7 angeschlossen. Der andere Anschluß des Widerstands 5 und der Kathode der Diode 7 sind mit Masse verbunden. Der Anschluß 6 ist an den Knotenpunkt des Widerstands 5 und an den Kondensator 4 angeschlossen, um die Messung der durch den Ionenstrom erzeugten Spannungsänderung über den Widerstand 5 zu ermöglichen. Dem Aufbau nach ist dieses Ausführungsbeispiel ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1, bis auf daß der Verteiler 11 und die Diode 9 zwischen der Zündkerze 3 und dem negativen Anschluß der Sekundärwicklung 1b angeschlossen sind.

Wenn die Mittelelektrode 11a des Verteilers 11 eine der am Umfang angeordneten Elektroden 11b berührt und der Leistungstransistor 2 unterbrochen wird, fließt ein Entladestrom in den die durch den durchgezogenen Pfeil in Fig. 5 gezeigte Richtung, und die Zündkerze 3 entlädt sich, um das Kraftstoff-Luftgemisch in einem der Zylinder zu zünden. Gleichzeitig wird der Kondensator 4 mit der gezeigten Polarität geladen. Dann erzeugt die durch den Kondensator 4 über die Elektroden 3a und 3b der Zündkerze 3 angelegte positive Spannung einen Ionenstrom zwischen den Elektroden, und aufgrund des Ionenstroms fließt ein elektrischer Strom in die durch den gestrichelten Pfeil in Fig. 5 dargestellte Richtung durch den Widerstand 5, durch den Kondensator 4, durch die Sekundärwicklung 1b und durch die Diode 9. Dieser Strom erzeugt eine Spannungsänderung am Anschluß 6, der zur Bestimmung, ob der Zylinder Fehlzündungen ausführt, überwacht werden kann. Nachdem sich die Elektrode 11a dreht und nacheinander jede der am Umfang angeordneten Elektroden 11b berührt, wird der obige Prozeß für jeden Zylinder wiederholt, und der Ionenstrom, der in jedem der Zylinder erzeugt wird, kann aufgrund der Spannung am Anschluß 6 bestimmt werden. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet einen Kondensator 4 zur Erzeugung eines Ionenstroms, so daß es dieselben Vorteile aufweist wie die vorangegangenen Ausführungsbeispiele.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4, aber die Diode aus Fig. 4 ist durch einen Verteiler 11 ersetzt, der eine Mittelelektrode 11a und eine Vielzahl von am Umfang angeordneten Elektroden 11b aufweist. Die Mittelelektrode 11a ist an den positiven Anschluß der Sekundärwicklung lb der Zündspule 1 angeschlossen, und jede der am Umfang angeordneten Elektroden 11b ist an die Mittelelektrode 3a von einer der Vielzahl von Zündkerzen 3, wobei nur eine von diesen gezeigt ist, angeschlossen. Ein Kondensator 4, ein stromfühlender Widerstand 5, eine Diode 7 und eine Zenerdiode 8 sind an den negativen Anschluß der Sekundärwicklung 1b in der gleichen Art wie im Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 angeschlossen. Der Kondensator 4 ist mit einer der am Umfang angeordneten Elektroden 11b des Verteilers 11 durch eine oder mehrere Dioden 10 angeschlossen, wobei jede ihre Anode an den Kondensator 4 und ihre Kathode an den Verteiler 11 angeschlossen hat. Eine einzelne Diode 10 kann an eine der am Umfang angeordneten Elektroden 11b angeschlossen sein, oder eine getrennte Diode 10 kann für jede am Umfang angeordnete Elektrode 11b vorgesehen werden.

Wenn der Leistungstransistor 2 ausgeschaltet wird, fließt ein Zündstrom durch den Verteiler 11 in eine der Zündkerzen 3 in die durch den durchgezogenen Pfeil in Fig. 6 gezeigte Richtung, und der Kondensator 4 wird mit der gezeigten Polarität geladen. Dann legt der Kondensator 4 eine positive Spannung über den Elektroden der Zündkerze 3 zur Erzeugung eines Ionenstroms an, und aufgrund des Ionenstroms fließt ein elektrischer Strom durch den Widerstand 5, den Kondensator 4 und die Diode 10, so wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt. Dieser Strom erzeugt eine Spannungsänderung am Anschluß 6 entsprechend dem Ionenstrom, und durch Uberwachung dieser Spannung kann festgestellt werden, ob der Zylinder richtig zündet. Dieser Prozeß wird nacheinander für jeden Zylinder des Motors ausgeführt. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendet dieses Ausführungsbeispiel einen Kondensator 4, um eine Spannung zur Erzeugung eines Ionenstroms anzulegen, und somit besitzt es dieselben Vorteile wie diese Ausführungbeispiele.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 nur dadurch, daß eine Diode 12 zwischen dem positiven Anschluß der Sekundärwicklung 1b und der Zenerdiode 8 angeschlossen ist, wobei ihre Anode an die Sekundärwicklung 1b und ihre Kathode an die Kathode der Zenerdiode 8 angeschlossen ist. Der durchgezogene Pfeil zeigt die Richtung des Stroms an, wenn die Zündkerze 3 zündet, während der gestrichelte Pfeil die Richtung des Stromes durch den Widerstand 5, den Kondensator 4 und die Sekundärwicklung 1b zeigt, wenn ein Ionenstrom zwischen den Elektroden 3a und 3b der Zündkerze 3 erzeugt wird. Die Betriebsweise dieses Ausführungsbeispieles ist im wesentlichen dieselbe wie die des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 und weist dieselben Vorteile auf.

Fig. 8 zeigt die Spannung in der Sekundärwicklung 1b, den Sekundärstrom, wenn die Zündkerze 3 zündet, und den Ionenstrom, der zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 fließt als Funktion der Zeit während des Betriebs des Ausführungsbeispiels aus Fig. 8.

Der Kondensator 4, der stromfühlende Widerstand 5, die Dioden 7 und 12 und die Zenerdiode 8 sind alle sehr kompakt, so wie in Fig. 9 gezeigt, so daß es möglich ist, sie in einer einzelnen Stromerfassungseinheit 13 zu kombinieren, die klein genug ist, um auf der Zündkerze 3 zusammen mit dem Leistungstransistor 2 befestigt zu werden. Die Zündkerze 3, der Leistungstransistor 2 und die Stromerfassungseinheit 13 können integral miteinander hergestellt werden, um deren Installation auf dem Motor als ein einzelnes Element zu ermöglichen. Diese Anordnung reduziert nicht nur die Größe und das Gewicht der Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms, sondern es reduziert auch die Verdrahtungslängen, die benötigt werden, um die verschiedenen Komponenten zu verbinden.

Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 7 verwendet zwei Dioden 7 und 12. Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine einzelne Diode 7 die Funktion der beiden Dioden 7 und 12 des Ausführungsbeispiels aus Fig. 7 ausführt. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 7, bis auf daß die Diode 12 weggelassen ist, und daß die Kathode der Zenerdiode 8 an den positiven Anschluß der Sekundärwicklung 1b angeschlossen ist, während ihre Anode an die Anode der Diode 7 anstelle an Masse angeschlossen ist. Die Betriebsweise dieses Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen dieselbe wie des Ausführungsbeispiels aus Fig. 7. Der durchgezogene Pfeil zeigt die Richtung des Stromes an, wenn die Zündkerze 3 zündet, und der gestrichelte Pfeil zeigt die Richtung dea Stromes durch den Widerstand 5, den Kondensator 4 und die Sekundärwicklung 1b an, wenn ein Ionenstrom zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 fließt. Diese Anordnung erlaubt eine weitere Herabsetzung der Größe und des Gewichts der Vorrichtung.

Eine weitere Schaltung, die einen Kondensator 4, einen Widerstand 5, eine Diode 7, eine Zenerdiode 8 und wahlweise eine Diode 12 enthält, kann für jeden Zylinder des Motors vorgesehen werden. Alternativ kann wie in Fig. 11 gezeigt eine einzelne derartige Schaltung benutzt werden, um den Ionenstrom in allen Zylindern zu detektieren. In Fig. 11 ist jeder Zylinder des Motors mit einer getrennten Zündspule 1 ausgerüstet, die eine Sekundärwicklung 1b aufweist, die an die Mittelelektrode 3a einer entsprechenden Zündkerze 3 angeschlossen ist. Der Knotenpunkt der Diode 12 und des Kondensators 4 ist an die Sekundärwicklung 1b von jeder Zündspule 1 angeschlossen. Jedesmal wenn die Zündkerzen 3 zünden, wird der Kondensator 4 mit der gezeigten Polarität aufgeladen. Der Kondensator 4 legt dann eine positive Spannung zwischen den Elektroden 3a und 3b von jeder der Zündkerzen 3 an. Nachdem sich jedoch nur einer der Zylinder zu einem bestimmten Zeitpunkt in seinem Verbrennungshub befindet, wird der Ionenstrom nur zwischen den Elektroden der Zündkerzen 3 für den Zylinder in dem Verbrennungshub erzeugt. Fig. 12 zeigt den Primärstrom, der durch die Primärwicklung 1a von jeder der vier Zündspulen 1 für einen Vierzylindermotor fließt, und den Ionenstrom, der erfaßt wird. Nachdem leicht entschieden werden kann, welcher Zylinder des Motors sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in seinem Verbrennungshub befindet, kann entschieden werden, welchem Zylinder der gemessene Ionenstrom entspricht. Deswegen kann festgestellt werden, falls einer der Zylinder Fehlzündungen ausführt.

Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist identisch dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 5, bis auf daß eine Diode 12 zwischen der Zenerdiode 8 und dem positiven Anschluß der Sekundärwicklung 1b eingefügt ist. Die Anode der Diode 12 ist an die Sekundärwicklung 1b und an den Kondensator 4 angeschlossen, während ihre Kathode an die Kathode der Zenerdiode 8 angeschlossen ist. Jede der am Umfang angeordneten Elektroden 11b des Verteilers 11 ist an die Mittelelektrode von einer der Vielzahl von Zündkerzen 3 angeschlossen, und die Mittelelektrode 11a des Verteilers ist an jede der am Umfang angeordneten Elektroden 11b durch entsprechende Dioden 9 angeschlossen, deren Anoden an die Mittelelektrode 11a und deren Kathoden an die am Umfang angeordneten Elektroden 11b angeschlossen sind. Der durchgezogene Pfeil zeigt die Stromrichtung, wenn eine der Zündkerzen 3 zündet, und der gestrichelte Pfeil zeigt die Richtung des Stromes an, wenn ein Ionenstrom zwischen den Elektroden einer der Zündkerzen fließt. Die Betriebsweise dieses Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen dieselbe wie die des Ausführungsbeispiels aus Fig. 5 und besitzt dieselben Vorteile.

Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Motor, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, als ein Vierzylindermotor dargestellt wird, ist die Anzahl der Zylinder willkürlich, und die vorliegende Erfindung kann auf jeden funkengezündeten Motor angewendet werden, der einen oder mehrere Zylinder aufweist.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird ein stromfühlender Widerstand 5 für die Erfassung eines elektrischen Stroms verwendet, der durch den Ionenstrom in einem Zylinder herrührt, aber andere stromfühlende Einrichtungen können anstelle davon verwendet werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch
eine Zündkerze (3), die eine erste Elektrode (3a) und eine mit Masse verbundene zweite Elektrode (3b) aufweist;
einen an die erste Elektrode (3a) angeschlossenen Kondensator (4);
eine Ladeeinrichtung, um den Kondensator (4) aufzuladen; und
eine Stromerfassungseinrichtung (5) zur Erfassung eines Stromes, der zwischen dem Kondensator (4) und der ersten Elektrode (3a) fließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeeinrichtung eine Zündspule (1) enthält, die eine Primärwicklung (1a) und eine Sekundärwicklung (1b) aufweist, wobei die Sekundärwicklung (1b) einen ersten Anschluß aufweist, der an die erste Elektrode (3a) angeschlossen ist und einen zweiten Anschluß, der an den Kondensator (4) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeeinrichtung eine Zenerdiode (8) enthält, die an den zweiten Anschluß der Sekundärwicklung (1b) parallel zu dem Kondensator (4) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gleichrichtendes Element (7) in Reihe mit der Zenerdiode (8) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromerfassungseinrichtung einen stromfühlenden Widerstand (5) enthält; und
daß die Zenerdiode (8), das gleichrichtende Element (7), der Kondensator (4) und der stromfühlende Widerstand (5) eine Brückenschaltung bilden, die zwischen dem ersten Anschluß der Sekundärwicklung (1b) und Masse angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung einen stromfühlenden Widerstand (5) enthält, der an den Kondensator (4) derart angeschlossen ist, daß ein Strom durch den Widerstand (5) fließt, wenn sich der Kondensator (4) entlädt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stromfühlende Widerstand (5) zwischen dem Kondensator (4) und Masse geschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichrichtungselement (7) an den Kondensator (4) parallel zu dem stromfühlenden Widerstand (5) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (4) einen ersten Anschluß aufweist, der an den zweiten Anschluß der Sekundärwicklung (1b) und an einen zweiten Anschluß angeschlossen ist, und daß der stromfühlende Widerstand (5) zwischen dem ersten Anschluß und Masse angeschlossen ist, wobei die Vorrichtung außerdem enthält:
eine zwischen dem zweiten Anschluß der Sekundärwicklung (1b) und Masse angeschlossene Zenerdiode (8);
ein erstes Gleichrichtungselement (7), das zwischen dem zweiten Anschluß des Kondensators (4) und Masse angeschlossen ist;
ein zweites Gleichrichtungselement (10), das zwischen dem zweiten Anschluß des Kondensators (4) und der ersten Elektrode der Zündkerze (3) angeschlossen ist; und
ein drittes Gleichrichtungselement (9), das zwischen dem ersten Anschluß der Sekundärwicklung (1b) und der ersten Elektrode der Zündkerze (3) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Verteiler (11) enthält, der eine sich drehende Mittelelektrode (11a) aufweist, die an den ersten Anschluß der Sekundärwicklung (1b) und an eine am Umfang angeordnete Elektrode (11b) angeschlossen ist, die an die erste Elektrode der Zündkerze (3) angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein Gleichrichtungselement (9) enthält, das zwischen der Mittelelektrode (11a) des Verteilers (11) und der am Umfang angeordneten Elektrode (11b) angeschlossen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein Gleichrichtungselement (10) enthält, das zwischen dem Kondensator (4) und der ersten Elektrode der Zündkerze (3) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeeinrichtung eine Einrichtung enthält, um den Kondensator (4) derart aufzuladen, daß der Kondensator (4) eine positive Spannung über der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode der Zündkerze (3) anlegt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Zündkerzen (3), wobei jede von diesen elektrisch mit dem Kondensator (4) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Zündspulen (1) enthält, wobei jede von diesen eine Primärwicklung (1a) und eine Sekundärwicklung (1b) aufweist, wobei jede der Sekundärwicklungen (1b) einen ersten Anschluß aufweist, der an eine der Zündkerzen (3) angeschlossen ist und einen zweiten Anschluß, der an den Kondensator angeschlossen ist.