DE4233224A1

DE4233224A1 - Vorrichtung zum erfassen eines ionenstroms einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4233224A1
Application number: DE4233224A
Authority: DE
Inventors: Toshio Ohsawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2012-10-03
Also published as: JP2536353B2; KR960011532B1; JPH0599956A; US5397990A; DE4233224C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, welche ein Ionenstrom erfaßt, der produziert wird im Spalt zwischen den Elektroden einer Zündkerze, wenn der Motor sich im Verbrennungsprozeß befindet.

Eine derartige Ionenstromerfassungsvorrichtung, welche von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung offenbart worden ist, wird beschrieben werden mit Bezug auf Fig. 5.

In Fig. 5 ist eine Zündspule 1 versehen mit einer Primärwicklung 1a und einer Sekundärwicklung 1b; ein Leistungstransistor 2 ist verbunden zwischen der Primärwicklung 1a und Masse, um den Fluß von Primärstrom zu steuern; und eine Zündkerze 3 ist verbunden mit einem der zwei Anschlüsse der Sekundärwicklung 1b, wo eine Zündhochspannung vorgesehen ist. Die Zündkerze verbrennt die Gasmischung in der Brennkraftmaschine wenn die Zündhochspannung an sie angelegt wird. Weiterhin ist in Fig. 5 ein Kondensator 4 verbunden mit dem anderen Anschluß der Sekundärwicklung 1b, nämlich auf der Seite positiver Polarität; ein Widerstand 5 ist zwischen dem Kondensator 4 und Masse angeschlossen, um einen Ionenstrom in eine Spannung umzuwandeln; eine Diode 6 ist parallel mit dem Widerstand 5 verbunden; eine Zenerdiode 7 ist angeschlossen zwischen dem anderen Anschluß der Sekundärwicklung 1b und einer Spulenleistungsquelle 10; ein Wechselstromkoppler 8 erhält nur eine Wechselstromkomponente von einer Spannung die sich über dem Widerstand 5 entwickelt; ein Komparator 9 vergleicht einen Spannungswert, der vorgesehen wird durch den Wechselstromkoppler 8, mit einem vorbestimmten Vergleichsniveau; und 11a ist der Ausgangsanschluß des Komparators 9, an dem ein Pulssignal vorgesehen ist, wenn ein Ionenstrom erfaßt wird.

Die so organisierte Zonenstromerfassungsvorrichtung arbeitet wie folgt:

Wenn zum Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine der Leistungstransistor 2 nichtleitend gemacht wird (ausgeschaltet wird), um den Primärstrom der Primärwicklung 1a auszuschalten, wird eine Zündhochspannung negativer Polarität in die Sekundärwicklung 1b induziert, so daß eine Funkenentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 auftritt um die Gasmischung in der Brennkraftmaschine zu verbrennen. Bei diesem Betrieb findet eine Ionisierung statt, wobei Ionen gebildet werden, wenn die Gasmischung brennt. In diesem Fall agieren die Elektroden der Zündkerze 3 als Elektroden zur Erfassung eines Ionenstromes nach dem Auftreten der Funkenentladungen. Die Spannung positiver Polarität des Kondensators 4 bewegt Elektronen, so daß ein Ionenstrom fließt. Wenn der Ionenstrom auf diese Art und Weise fließt, entwickelt sich eine Spannung über dem Widerstand 5. Die Wechselstromkomponente der so entwickelten Spannung wird durch den Komparator 9 erfaßt, wo sie mit dem vorbestimmten Vergleichsniveau verglichen wird, woraus resultierend ein Pulssignal an dem Ausgangsanschluß 11a geschaffen wird. Das Pulssignal wird erfaßt, um die Verbrennung der Gasmischung zu bestätigen.

Die herkömmliche Ionenstromerfassungsvorrichtung, welche wie oben beschrieben entworfen ist, hat in den folgenden Punkten Nachteile:

Wenn die Zündspule 1 angeregt (eingeschaltet) und abgeregt (ausgeschaltet) wird, werden Rauschpulse in dem Ionenstromerfassungspfad durch die elektromagnetische Induktionen der Zündspule 1 erzeugt. Das heißt, mit der herkömmlichen Ionenstromerfassungsvorrichtung werden nicht nur Pulse erfaßt, wenn die Gasmischung brennt, sondern auch wenn sie nicht brennt (Fehlzündung). Um diese Schwierigkeit zu eliminieren, ist es notwendig zusätzlich eine Einrichtung vorzusehen zum Bestimmen anhand der Breite des erfaßten Pulses, ob oder ob nicht die Gasmischung verbrannt worden ist. Das heißt, bei der herkömmlichen Ionenstromerfassungsvorrichtung ist das Verfahren des Bestimmens, ob oder ob nicht die Gasmischung verbrannt worden ist, ziemlich kompliziert und niedrig in seiner Zuverlässigkeit.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung die oben beschriebenen Schwierigkeiten, welche eine herkömmliche Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine begleiten, zu eliminieren.

Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche so verbessert ist, daß die Rauschpulse eliminiert werden von dem Erfassungspulssignal, welche erzeugt werden in Verbindung mit der Ein/Aus-Operation der Zündspule, um so in der Lage zu sein leicht und genau zu bestimmen, ob oder ob nicht die Gasmischung verbrannt worden ist.

Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe gelöst nach Anspruch 1 durch Schaffen einer Vorrichtung zum Erfassen eines Ionenstroms für eine Brennkraftmaschine mit:
einer Zündspule zum Erzeugen einer Zündhochspannung für die Brennkraftmaschine;
einer Zündkerze an die die durch die Zündspule erzeugte Zündhochspannung angelegt wird, zur Zündung der Gasmischung in dem Motor;
eine Ionenstromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Ionenstroms, der erzeugt wird, wenn die Gasmischung verbrannt wird; und
eine Einrichtung zum Maskieren eines Teils der Signale von der Ionenstromerfassungseinrichtung gemäß einer Anregung, wenn die Zündspule die Zündhochspannung erzeugt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung maskiert der Ionenstromerfassungsschaltkreis in den Intervallen, in denen Rauschpulse erzeugt werden, in Verbindung mit der Anregung und Abregung der Zündspule das Erfassungssignal des Ionenstroms, um so die Rauschpulse von dem Erfassungspulssignal zu eliminieren und dadurch das gesuchte wahre Erfassungssignal zu erhalten.

Die Natur, das Prinzip und die Nützlichkeit der Erfindung werden klarer verstanden werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1(a) und 1(b) Schaltkreisdiagramme, zum Teil als Blockdiagramme, für eine Beschreibung des Betriebs eines Beispiels einer Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, welche eine erste Ausführungsform der Erfindung dem Aufbau nach darstellt;

Fig. 2(a), 2(b), 2(c), 2(d) und 2(e) Zeitpläne für eine Beschreibung des Betriebs der in Fig. 1(a) und 1(b) gezeigten Vorrichtung;

Fig. 3(a) und 3(b) Schaltkreisdiagramme, teilweise als Blockdiagramme, für eine Beschreibung des Betriebs eines weiteren Beispiels der Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, welche eine zweite Ausführungsform der Erfindung dem Aufbau nach darstellt;

Fig. 4(a), 4(b), 4(c), 4(d) und 4(e) Zeitpläne für eine Beschreibung des Betriebs der in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigten Vorrichtung; und

Fig. 5 ein Schaltkreisdiagramm, zum Teil als Blockdiagramm, das die Anordnung einer herkömmlichen Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden beschrieben werden mit Bezug auf die begleitende Zeichnung.

Eine Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, welche eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt, wird beschrieben werden mit Bezug auf Fig. 1, bei der Teile, die funktionell denen entsprechen, die im Zusammenhang mit Fig. 5 (Stand der Technik) beschrieben worden sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.

In Fig. 1 invertiert ein Inverter 11 ein an die Basis des Leistungstransistors 2 angelegtes Signal. Ein monostabiler Schaltkreis 12 empfängt die Ausgabe des Inverters 11, um einen Puls für eine vorbestimmte Zeitspanne von der Zeit der Abregung (Ausschalten) der Zündspule 1 zu erzeugen. Ein weiterer monostabiler Schaltkreis 14 empfängt das Basissignal des Leistungstransistors 2, um einen Puls für eine vorbestimmte Zeitspanne von der Zeit der Anregung (Einschalten) der Zündspule 1 an zu erzeugen. Ein NOR-Schaltkreis 13 empfängt die Ausgänge dieser monostabilen Schaltkreise 12 und 14. Ein NAND-Schaltkreis 15 empfängt die Ausgaben des Komparators 9 und des NOR-Schaltkreises 13. Ein Inversionsverstärker 16 unterwirft die Ausgabe des NAND-Schaltkreises 15 einer Inversion und einer Verstärkung, um ein Verbrennungsbestimmungs-Erfassungssignal an seinem Ausgangsanschluß 17 zu schaffen.

Der Betrieb der so organisierten Ionenstromerfassungsvorrichtung wird beschrieben werden mit Bezug auf Fig. 1.

Zur Zeit der Zündung der Brennkraftmaschine wird eine Zündhochspannung negativer Polarität (etwa -10 bis -25 KV) in der Sekundärwicklung 1b erzeugt. Daraus resultierend fließt ein Entladungsstrom in den Pfad (Zündkerze 3, Sekundärwicklung 1b, Zenerdiode 7), der durch den Pfeil mit der Einpunkt-Kettenlinie in Fig. 1(a) dargestellt ist, so daß eine Funkenentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 auftritt, um die Gasmischung in dem Motor zu verbrennen.

Andererseits lädt der Entladungsstrom den Kondensator 4, so daß der letztere wie gezeigt polarisiert ist. Die Ladespannung des Kondensators 4 kann bestimmt werden aufgrund eines Wertes der Zenerdiode 7.

Bei diesem Betrieb, ähnlich wie im Fall der herkömmlichen Vorrichtung, findet Ionisation statt, wenn die Gasmischung verbrannt wird, und Ionen werden gebildet. In diesem Fall bewegt die Spannung positiver Polarität des Kondensators 4 Elektronen, so daß ein Ionenstrom in dem Pfad fließt (Widerstand 5, Kondensator 4, Sekundärwicklung 1b, Zündkerze 3), der angedeutet ist durch den Pfeil mit der Einpunkt-Kettenlinie in Fig. 1(b). Wenn der Ionenstrom so fließt, entwickelt sich eine Spannung über dem Widerstand 5. Die Wechselstromkomponente der Spannung wird erfaßt durch den Wechselstromkoppler 8 und wird verglichen mit dem Vergleichsniveau im Komparator 9, um einen Erfassungspuls zu schaffen. Andererseits, ähnlich wie im Fall der herkömmlichen Vorrichtung, gibt der Komparator 9 Rauschpulse aus, wenn die Zündspule 1 angeregt (angeschaltet) und abgeregt (ausgeschaltet) wird.

Andererseits schafft der monostabile Schaltkreis 14 mit dem Zeittakt, in dem der Leistungstransistor 2 leitend gemacht wird (eingeschaltet wird), einen konstanten Zeitpuls; und mit dem Zeitablauf mit dem der Leistungstransistor 2 nichtleitend gemacht wird (ausgeschaltet wird), schafft der monostabile Schaltkreis 12 einen konstanten Zeitpuls. Die konstanten Zeitpulse, die geschaffen werden durch diese monostabilen Schaltkreise 12 und 14, werden angelegt an den NOR-Schaltkreis 13, so daß der letztere Schaltkreis 13 einen Puls ausgibt zum Maskieren des Erfassungspulses. Der Ausgangspuls des NOR-Schaltkreises 13 und der Ausgangspuls des Komparators 9 werden angelegt an den NAND-Schaltkreis 15, dessen Ausgang angelegt ist an den Inversionsverstärker 16, wo er Inversion und Verstärkung unterworfen wird. Daher werden nur die gesuchten wirklichen Erfassungspulse frei von den Rauschpulsen vorgesehen an dem Ausgangsanschluß 17 des Inversionsverstärkers 16. Das heißt, die Rauschpulse, welche erfaßt werden als Erfassungspulse, wenn die Zündspule 1 angeregt (eingeschaltet) und abgeregt (ausgeschaltet) wird, werden nicht an dem Ausgangsanschluß 17 vorgesehen, und anstatt dessen wird der gesuchte wirkliche Erfassungspuls vorgesehen an dem Ausgangsanschluß.

Der oben beschriebene Betrieb der Vorrichtung wird klarer erscheinen mit Bezug auf Fig. 2. Fig. 2(a) zeigt ein Zündsignal zum Antreiben der Zündspule. Fig. 2(b) zeigt einen Ionenstrom, der produziert wird, wenn die Gasmischung verbrannt wird. Fig. 2(c) zeigt das Ausgabesignal des Komparators 9. Fig. 2(d) zeigt ein Rauschfilter-Ausgabepulssignal des NOR-Schaltkreises. Fig. 2(e) zeigt das Erfassungspulssignal am Ausgangsanschluß 17. Die in Fig. 2(c) und 2(d) gezeigten Ausgangspulssignale werden an den AND-Schaltkreis angelegt, so daß die in Verbindung mit Anregung (Einschalten) und Abregung (Ausschalten) der Zündspule 1 erzeugten Rauschpulse eliminiert werden von dem Ausgangspulssignal, das in Fig. 2(c) gezeigt ist. Daher wird bestimmt anhand der Gegenwart oder Abwesenheit des Erfassungssignals, ob oder ob nicht die Gasmischung verbrannt worden ist.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist so, wie in Fig. 3 gezeigt. Die zweite Ausführungsform ist unterschiedlich von der oben erwähnten Ausführungsform nur insofern, als daß der monostabile Schaltkreis 14 von Fig. 1 nicht bei der zweiten Ausführungsform angewandt wird. In Fig. 3 sind Teile, die funktionell denen entsprechen, welche schon beschrieben worden sind mit Bezug auf Fig. 1, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet (1 bis 13 und 15 bis 17). Fig. 3(a) und 3(b) entsprechen jeweils Fig. 1(a) und 1(b).

Der Betrieb der zweiten Ausführungsform wird beschrieben werden. Jedoch zur Erleichterung bei der Beschreibung wird vermieden werden, die Teile des Betriebs wieder zu beschreiben, welche gleich denen bei der ersten Ausführungsform sind.

Der Komparator 9 gibt ein Erfassungspulssignal aus. In diesem Fall mit dem Zeittakt, in dem der Leistungstransistor nichtleitend gemacht wurde (ausgeschaltet wurde), erzeugt der monostabile Schaltkreis 12 einen konstanten Zeitpuls. Die Ausgangspulse des monostabilen Schaltkreises 12 und das Basissignal des Leistungstransistors 2 werden angelegt an den NOR-Schaltkreis 12, so daß der letztere Schaltkreis 12 einen Puls ausgibt zum Maskieren des Erfassungspulses. Die Ausgabe des NOR-Schaltkreises 13 und die Ausgabe des Komparators 9 werden an den NAND-Schaltkreis 15 angelegt, so daß das Erfassungspulssignal vorgesehen ist am Ausgangsanschluß 17, welches erhalten wird durch Entfernen der Rauschpulses von dem Ausgangspulssignal des Komparators 9, welche erzeugt werden, wenn die Zündspule 1 angeregt (eingeschaltet) und abgeregt (ausgeschaltet) wird.

Der Betrieb der zweiten Ausführungsform wird klarer erscheinen von einem Zeitplan von Fig. 4. Fig. 4(a) zeigt ein Zündsignal zum Antreiben der Zündspule. Fig. 4(b) zeigt einen Ionenstrom, der erzeugt wird, wenn die Gasmischung verbrannt wird. Fig. 4(c) zeigt das Ausgangspulssignal des Komparators 9 in Fig. 3. Fig. 4(d) zeigt ein Rauschfilter-Ausgangspulssignal des NOR-Schaltkreises 13 in Fig. 3. Fig. 4(e) zeigt das Erfassungspulssignal am Ausgangsanschluß 17.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Ionenstrom erfaßt durch Umwandlung in Spannung. Jedoch ist die Erfindung nicht dadurch eingeschränkt. Das heißt, irgendein anderes verwendbares Verfahren kann angewendet werden zur Erfassung des Ionenstroms.

Wie oben beschrieben, wird bei der Ionenstromerfassungsvorrichtung der Erfindung das Erfassungssignal des Ionenstroms maskiert für eine vorbestimmte Zeitspanne in den Ionenstromerfassungsintervallen und in den Intervallen, die verschieden sind von den Ionenstromerfassungsintervallen, so daß die Rauschpulse eliminiert werden von dem Erfassungspulssignal, welche erzeugt werden, wenn die Zündspule angeregt oder abgeregt wird. Daher kann leicht und genau bestimmt werden anhand der Gegenwart oder Abwesenheit des Erfassungssignals, ob oder ob nicht die Gasmischung verbrannt worden ist.

Während die vorliegende Erfindung beschrieben worden ist im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen, wird es den Fachleuten klar erscheinen, daß viele Änderungen und Modifikationen darin gemacht werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, und es ist deshalb beabsichtigt, solche Änderungen und Modifikationen, welche innerhalb der möglichen Idee der Erfindung fallen, mit den angehängten Patentansprüchen abzudecken.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Erfassen eines Ionenstroms einer Brennkraftmaschine mit:
einer Zündspule zum Erzeugen einer Zündhochspannung für die Brennkraftmaschine;
einer Zündkerze, an die die Zündhochspannung, die von der Zündspule erzeugt wird, angelegt wird, zur Zündung der Gasmischung in dem Motor;
eine Ionenstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Ionenstroms, der produziert wird, wenn die Gasmischung verbrannt wird; und
eine Einrichtung zum Maskieren eines Teils der Signale von der Ionenstromerfassungseinrichtung entsprechend einer Anregung, wenn die Zündspule die Zündhochspannung erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskiereinrichtung die Signale von der Ionenstromerfassungseinrichtung eine vorbestimmte Zeit lang von einem Anregezeitpunkt der Zündspule an und für eine vorbestimmte Zeit lang von einem Abregezeitpunkt der Zündspule an maskiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskiereinrichtung den Ionenstrom während einer Anregungszeitspanne der Zündspule und während einer vorbestimmten Zeitspanne von einem Abregungszeitpunkt der Zündspule an maskiert.