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Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet von Verbrennungskraftmaschinen,
und insbesondere von Motoren mit Fremdzündung mittels Zündkerzen.
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Noch
genauer zielt die Erfindung auf die Zündanlage, mit welcher derartige
Motoren ausgerüstet
sind, und die üblicherlicher
Weise „Zündanlage mit
ruhender Spannungsverteilung",
oder ruhende Verteilung, verteilerlose Anlage (D.L.S., Distributor Less
System) oder direkte Zündanlage
(D.I.S., Direct Ignition System) genannt wird.
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Eine
derartige Zündanlage
umfasst für
einen Vierzylindermotor zwei Zündspulen,
die jede aus einer Primärwicklung
und einer Sekundärwicklung
bestehen, die auf einen magnetischen Kreis gewickelt sind. Die beiden
Klemmen der Sekundärwicklung von
jeder Zündspule
sind jeweils mit einer Zündkerze verbunden.
Für jede
Sekundärwicklung
einer Zündspule
sind die zugehörigen
Zündkerzen
diejenigen, mit welchen die Zylinder ausgerüstet sind, deren Kolben sich
in synchroner Stellung befinden. Infolgedessen befindet sich der
Zylinder, welcher einer der Zündkerzen
zugehörig
ist, in der Zündphase,
während
der Zylinder, welcher der anderen Zündkerze zugehörig ist,
sich am Ende der Ausstoßphase
befindet.
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Da
darüber
hinaus die Polaritäten
der gelieferten Spannungen an jeder der Klemmen der Sekundärwicklung
entgegengesetzt sind, wird eine der Zündkerzen durch eine positive
Spannung versorgt, wohingegen die andere Zündkerze durch eine negative
Spannung versorgt wird. Die Polarität des Zündfunkens eines bestimmten
Zylinders wird demnach durch den Aufbau und die Verkabelung definiert.
Sie hängt
einerseits von dem Aufbau der Zündspule
ab, und andererseits von der Verkabelung zwischen den Klemmen der
Sekundärwicklung
und den Zündkerzen
der zugehörigen
Zylinder.
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Bei
einer derartigen Zündanlage
taucht die Notwendigkeit auf, den Zeitpunkt zu kennen, an dem ein
vorbestimmter Zylinder sich in der Zündphase befindet, um die Initialisierung
der Einspritzsequenz des Kraftstoffes in die Zylinder zu ermöglichen.
Eine derartige Information ist insbesondere im Fall von Anlagen
mit Einzeleinspritzung oder Direkteinspritzung notwendig. Zudem
kann es wegen anderer Erfordernisse zur Steuerung des Motors interessant
sein, den Zeitpunkt zu kennen, an dem ein vorbestimmter Zylinder
sich in der Zündphase
befindet, beispielsweise um Zündungsklopfen
zu erfassen.
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Um
diesen Erfordernissen zu genügen,
ist im Stand der Technik bekannt, einen geeigneten Sensor einzusetzen,
um den Übergang
eines Zahnes zu erkennen, der an der Nockenwelle des Motors angeordnet
ist, und ein logisches Signal zu liefern, das dem Durchgang am oberen
Totpunkt der Zündung
eines vorbestimmten Zylinders entspricht. Auch wenn eine derartige
Technik dem genannten Erfordernis genügt, hat es sich erwiesen, dass
diese Lösung
den Einsatz eines spezifischen Sensors erfordert, der mit einer
geeigneten Verarbeitungsschaltung kombiniert ist, und in bestimmten
Fällen
den Einsatz einer spezifischen Auftreffplatte an der Nockenwelle,
die den Zahn trägt.
Die Kosten und die Schwierigkeiten des Einsatzes einer derartigen
Lösung
sind also hoch, insbesondere wegen der Notwendigkeit, den Zahn bei
geringen Umdrehungsgeschwindigkeiten des Motors zu erfassen, da
diese Information von Beginn des Anlassens an notwendig ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile beim Stand
der Technik zu beseitigen, indem ein Verfahren vorgeschlagen wird,
welches auf einfache und wirtschaftliche Weise ermöglicht, die
Zündphase
eines Zylinders eines Verbrennungsmotors zu erkennen, der mit einer
Fremdzündungsvorrichtung
in der Art der „Zündanlage
mit ruhender Spannungsverteilung" ausgerüstet ist,
um insbesondere die Initialisierung der Einspritzsequenz sicherzustellen.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, besteht das Verfahren gemäß der Erfindung
darin:
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- – einen
magnetischen Kreis herzustellen, der nicht unmittelbar mit einem
Spannungsbezugspunkt verbunden ist, so dass sein elektrisches Potential
ein Abbild der mittleren elektrischen Spannung der Sekundärwicklung
ist,
- – die
Polarität
des bei dem Auftreten eines Zündfunkens
an einer bestimmten Zündkerze
entsprechenden elektrischen Potentials des magnetischen Kreises
zu erfassen, um ein Signal abzugeben, das anzeigt, dass sich der
zugehörige
Zylinder in der Zündphase
befindet.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur
Verfügung
zu stellen, um die Zündphase
eines Zylinders eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung zu
erfassen, wobei die Zündung
durch ein System, das „Zündanlage
mit ruhender Spannungsverteilung" genannt
wird erfolgt, die aus wenigstens einer Zündspule mit einer Primärwicklung
und einer Sekundärwicklung
gebildet ist, welche auf einen magnetischen Kreis gewickelt sind, wobei
die Klemmen einer Seüblicherkundärwicklung mit
einer ersten und einer zweiten Zündkerze
verbunden sind, die synchron arbeitenden Kolben zugehörig sind.
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Gemäß der Erfindung
ist die Erfassungsvorrichtung zwischen einem Spannungsbezugspunkt und
einem elektrisch schwebend angeordneten magnetischen Kreis derart
eingefügt,
dass das elektrische Potential des magnetischen Kreises ein Abbild der
mittleren elektrischen Spannung der Sekundärwicklung ist, wobei die Vorrichtung
dazu eingerichtet ist, die Polarität des bei dem Auftreten eines
Zündfunkens
an einer bestimmten Zündkerze
entsprechenden elektrischen Potentials des magnetischen Kreises
zu erfassen, um ein Signal abzugeben, das anzeigt, dass sich der
der Zündkerze
zugehörige
Zylinder in der Zündphase
befindet.
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Verschiedene
weitere Eigenschaften werden aus der nachfolgenden Beschreibung
ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen angeführt wird,
die als nicht einschränkende
Beispiele Ausführungs-
und Anwendungsformen des Gegenstandes der Erfindung zeigen.
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1 ist ein Schema, welches
ein erstes Beispiel einer Ausführungsform
einer Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung
erstellt.
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2 ist eine Tabelle, die
das Funktionsprinzip der Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.
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3 ist ein Schema, welches
ein weiteres Beispiel einer Ausführungsform
einer Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung
darstellt.
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Wie
dies aus 1 hervorgeht,
ist die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung aufgebaut,
um die Zündphase
eines vorbestimmten Zylinders eines Verbrennungsmotors zu erfassen,
dessen Zündung durch
ein System 2, das „Zündanlage
mit ruhender Spannungsverteilung" genannt
wird, gesteuert wird. Eine Zündanlage,
die „Zündanlage
mit ruhender Spannungsverteilung" 2 genannt
wird, umfasst für
einen Vierzylindermoüblichertor
zwei Zündspulen 3, von
denen nur eine in den Zeichnungen dargestellt ist. Jede Zündspule 3 besteht
aus einer Primärwicklung 4,
die zu einem nicht dargestellten, aber an sich bekannten, Primärkreis 5 gehört, und
aus einer Sekundärwicklung 6.
Auf übliche
Weise sind die Primärwicklung 4 und
die Sekundärwicklung 6 auf
einen magnetischen Kreis 7 gewickelt. Eine der Klemmen der
Sekundärwicklung 6 ist
mit einer ersten Zündkerze 8 verbunden,
während
die andere Klemme der Sekundärwicklung 6 mit
einer zweiten Zündkerze 9 verbunden
ist. Auf übliche
Weise sind die Zündkerzen 8, 9,
die mit einem Referenzpotential 10 verbunden sind, nämlich der
elektrischen Masse, jede mit einem bestimmten Zylinder des Motors
verbunden. Bei einer Zündanlage,
die „Zündanlage
mit ruhender Spannungsverteilung" genannt
wird, entsprechen die erste und zweite Zündkerze 8 und 9 denjenigen,
mit welchen die Zylinder ausgerüstet
sind, deren Kolben sich in synchroner Stellung befinden, so dass
der zu einer der Zündkerzen
zugehörige
Zylinder sich in der Zündphase
befindet, während
der Zylinder, welcher der anderen Zündkerze zugehörig ist,
sich am Ende der Ausstoßphase
befindet. Bei dem dargestellten Beispiel ist die erste Zündkerze 8 beispielsweise
dem Zylinder Nr. 1 des Motors zugehörig, während die zweite Zündkerze 9 dem
Zylinder Nr. 4 zugehörig
ist.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Zündspule 3, bei einer
gegebenen Motordrehung, eine starke negative Spannung an eine der
Zündkerzen und
eine schwache positive Spannung an der anderen Zündkerze liefert, wohingegen
bei der darauf folgenden Motordrehung die Spannungspegel an den Zündkerzen
vertauscht werden. Infolgedessen, wie dies noch genauer in 2 zu erkennen ist, weist, beispielsweise
bei einer geraden Motordrehung, die Spannung V1 an
der Zündkerze 8 in
dem dargestellten Beispiel einen hohen negativen Wert, beispielsweise
in der Größenordnung
von – 20
kV auf, während
die Spannung V4 an der Zündkerze 9 schwach positiv
ist, beispielsweise in der Größenordnung
von + 2 kV. Bei der darauf folgenden Motordrehung, nämlich einer
ungeraden, ist die Spannung V, an der Zündkerze 8 schwach
negativ, beispielsweise in der Größenordnung von – 2 kV,
während
die Spannung an der Zündkerze 9 hoch
ist, beispielsweise in der Größenordnung
von + 20 kV. Die Spannungen der Zündkerzen, die derselben Zündspule
zugehörig sind,
weisen demzufolge entgegengesetzte Polaritäten und mit hohem und niedrigem
Pegel auf. Die Spannungen der Zündkerzen
sind hoch und niedrig für
die zugehörigen
Zylinder, die sich jeweils in der Zündphase und am Ende der Ausstoßphase befinden.
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Es
muss berücksichtigt
werden, dass bei einer Zündspule 3,
die aus einer Primärwicklung 4 und einer
Sekundärwicklung 6 gebildet
ist, die auf einen magnetischen Kreis 7 gewickelt sind,
zwischen der Sekundärwicklung 6 und
dem magnetischen Kreis 7 eine kapazitive Kopplung auftritt.
Wenn der magnetische Kreis 7 elektrisch schwebend angeordnet
und nicht direkt an einem Spannungsbezugspunkt angeschlossen ist,
ist das elektrische Potential des magnetischen Kreises 7 ein
Abbild der mittleren elektrischen Spannung der Sekundärwicklung 6.
Die Potentialwerte, die an dem elektrisch schwebend angeordneten,
magnetischen Kreis 7 abgelesen werden, liegen in der Größenordnung
von einigen hunderten Volt bis zu einigen Kilovolt. In dem Maße wie eine Zündspule 3 abwechselnd
eine starke positive Spannung an eine Zündkerze liefert, danach bei
der darauf folgenden Motordrehung, eine starke negative Spannung
an die andere Zündkerze,
tritt an dem elektrisch schwebend angeordneten, magnetischen Kreis 7 ein Potential
VN auf, das abwechselnd positiv und negativ
ist. Wenn bei der geraden Drehung die Spannung V, an der Zündkerze 8 ein
negativer Zündfunke
ist, der beispielsweise – 20
kV erreichen kann, während die
Spannung V4 an der Zündkerze 9 schwach
positiv ist und beispielsweise + 2 kV erreichen kann, beträgt demzufolge
die mittlere Spannung UMOY der Sekundärwicklung 6,
in diesem Beispiel, – 9kV.
Das Potential VN des elektrisch schwebend
angeordneten, magnetischen Kreises 7, Abbild der mittleren
Spannung UMOY der Sekundärwicklung 6, ist demzufolge
negativ und erreicht beispielsweise – 3 kV. Gleichermaßen, wenn
bei der darauf folgenden Drehung die Spannung V, der Zündkerze 8 schwach
negativ ist (beispielsweise – 2
kV), während
die Spannung V4 an der Zündkerze 9 ein positiver
Zündfunke
ist, der + 20 kV erreichen kann, beträgt demzufolge die mittlere Spannung
UMOY der Sekundärwicklung 6, in diesem Beispiel,
+ 9kV. Das Potential VN des magnetischen Kreises 7,
Abbild der mittleren Spannung, ist demzufolge positiv und erreicht
beispielsweise + 3 kV.
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Wie
aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht, entspricht die Polarität des elektrischen Potentials
des magnetischen Kreises 7 der Polarität des Zündfunkens.
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Wie
vorstehend erläutert,
ermöglicht
die Polarität
des Zündfunkens,
durch den Aufbau und die Verkabelung, den zugehörigen Zylinder zu erkennen.
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Gemäß der Erfindung
ist die Vorrichtung 1 konzipiert, um die Polarität des elektrischen
Potentials des magnetischen Kreises 7 zu erfassen, um die Zündphase
eines Zylinders zu erfassen. Die Erfassungsvorrichtung 1 ist
zwischen dem elektrisch schwebend angeordneten, magnetischen Kreis 7 und
einen Spannungsbezugspunkt 14 eingefügt. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel werden der Spannungsbezugspunkt 14 und
das Referenzpotential 10 auf denselben Wert gelegt, so
wie z.B. die elektrische Masse. Die Erfassungsvorrichtung 1 ist, in
dem dargestellten Beispiel, aus einem Widerstand 15 zur
Strombegrenzung gebildet, der in Serie mit einer Zenerdiode zur
Spitzenbegrenzung 16 verbunden ist. Die Anode der Zenerdiode 16 ist
mit dem Spannungsbezugspunkt 14 verbunden, während ihre Kathode,
die mit dem Widerstand 15 verbunden ist, ein Steuerungssignal
VS1 liefert, das zur Verwendung durch die
nicht dargestellten Verarbeitungs oder Berechnungsmittel vorgesehen
ist, welche die Zündung der
Zylinder und die Einspritzung des Kraftstoffes steuern.
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Die
Funktionsweise der Erfassungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung
ergibt sich direkt aus der vorhergehenden Beschreibung. Wenn das
Potential VN an dem magnetischen Kreis 7 einen
negativen Wert aufweist (gerade Drehung), liefert die Erfassungsvorrichtung 1 ein
negatives Signal VS1 niedrigen Wertes (Spannung
der Zenerdiode in Durchlassrichtung), entsprechend dem Auftreten
eines starken negativen Zündfunkens
an der Zündkerze 8,
was anzeigt, dass sich der zugehörige
Zylinder in der Zündphase
befindet. Wenn das Potential VN an dem magnetischen
Kreis 7 positiv ist (ungerade Drehung), entsprechend dem
Auftreten eines positiven Zündfunkens
an der Zündkerze 9,
liefert das Erfassungsmittel 13 ein Signal VS1 positiver
Spannung gleich der Spannung der Spitzenbegrenzung der Zenerdiode 16,
beispielsweise + 5 Volt. Das Vorhandensein eines derartigen Signales
VS1 positiver Spannung, die dem Auftreten
eines starken positiven Zündfunkens
an der Zündkerze 9 entspricht,
zeigt an, dass sich der zugehörige
Zylinder in der Zündphase
befindet. Das Signal VS1 kann demzufolge
von den Berechnungs oder Verarbeitungsmitteln genutzt werden, um
insbesondere den normalen Ablauf der Einspritzsequenz des Kraftstoffes
zu initialisieren und zu steuern. Als Beispiel kann die Nutzung
dieses Signales bei einer direkten Erfassung oder einer Zustandserfassung ausgeführt werden.
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Die
Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung
ermöglicht
die Bestimmung, welcher der Zylinder sich in der Zündphase
befindet. Die Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung weist den Vorteil
auf, eine interne und zwangsläufige
Erscheinung auszunutzen, die der Funktionsweise der Zündspule
zueigen ist, nämlich
die kapazitive Kopplung zwischen der Sekundärwicklung und dem magnetischen
Kreis. Eine derartige Vorrichtung stört die Funktionsweise der Zündspule
nicht und verändert
ihre Leistungen nicht. Die Funktionssicherheit ist durch den Aufbau der
Zündspule
auf Grund der galvanischen Isolierung garantiert, die zwischen der
Sekundärwicklung
und dem magnetischen Kreis ausgeführt ist. Außerdem zeichnet sich die Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch geringen Platzbedarf und niedrige Kosten aus, und
sie kann vorteilhafterweise in das Gehäuse der Zündspule integriert und während der Imprägnierung
der Wicklungen mit Harz umschlossen werden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann
ebenso gut bei Zündvorrichtungen
angewendet werden, die aus einer Zündspule und einem Hochspannungskabelbaum
bestehen oder einem Zündspulenblock,
der direkt an den Kerzen angebracht ist.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform liefert die Erfassungsvorrichtung 1 ein
Signal VS1, dessen bedeutendste Pegelveränderung
(0 und + 5 V im Verhältnis
zu 0 und – 0,6
V) bei einem positiven Zündfunken
auftaucht. 3 beschreibt eine
weitere Abwandlung einer Erfassungsvorrichtung 1, die ausgelegt
ist, um ein Signal zu liefern, dessen bedeutendste Pegelveränderung
bei einem negativen Zündfunken
auftritt. Wie dies aus 3 hervorgeht,
ist die Erfassungsvorrichtung 1 zwischen dem magnetischen
Kreis 7 und einem Spannungsbezugspunkt 14 mit
positivem Wert eingefügt,
beispielsweise gleich der Spannung von 12 V der Batterie eines Fahrzeuges.
Die Erfassungsvorrichtung 1 besteht aus einem Widerstand
zur Strombegrenzung 15, der in Serie an der Anode einer
Zenerdiode zur Spitzenbegrenzung 16 angeschlossen ist,
deren Kathode mit dem Spannungsbezugspunkt 14 verbunden
ist.
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Das
Funktionsprinzip dieser Abwandlung der Ausführungsform bleibt weiterhin
mit derjenigen identisch, die in 1 dargestellt
ist. So wie dies genauer in 2 zu
erkennen ist, ist infolgedessen beim Auftreten eines starken negativen
Zündfunkens an
der Zündkerze 8 das
Potential VN des magnetischen Kreises 7 negativ,
so dass an den Klemmen der Zenerdiode 16 ein Signal VS2 auftritt, das gleich dem Spannungsbezugspunkt 14 ist,
vermindert um die Spannung der Zenerdiode 16. Ein derartiges
Signal VS2, beispielsweise gleich 7 V, kann
von einem Verarbeitungsmittel ausgenutzt werden, um die Einspritzsequenz
zu initialisieren. Beim Auftreten eines positiven Zündfunkens
liefert die Erfassungsvorrichtung 1 eine positive Spannung
VS2, die ausgenutzt werden kann und die
gleich der Spannung des Bezugspunktes 14 zuzüglich der
Spannung der Zenerdiode in Durchlassrichtung ist. Diese positive
Spannung entspricht dem Auftreten eines starken positiven Zündfunkens
an der Zündkerze 9,
und zeigt an, dass sich der zugehörige Zylinder in der Zündphase befindet.
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Bei
den vorhergehenden Beispielen ist die Erfassungsvorrichtung 1 aus
einem Widerstand und einer Zenerdiode gebildet. Es ist offensichtlich,
dass vorgesehen sein kann, verschiedene andere Mittel zu verwenden,
um die Polarität
des Potentials des magnetischen Kreises 7 zu erfassen.
Als Beispiel können
für die
Erfassungsvorrichtung 1 als Erfassungsmittel Widerstandsbrücken, Kapazitätsbrücken, Optokoppler
oder jedes andere System oder geeignete Bauteil verwendet werden.
Darüber
hinaus wird darauf hingewiesen, dass die Erfassungsvorrichtung 1 Mittel
zum Formen des gelieferten Signales VS1 VS2 umfassen kann. Diese Mittel zum Formen können aus
Filtern, Arbeitswiderständen,
Ausgangsstufen oder jedem anderen System zum Formen des Signales
bestehen, das seine Ausnutzung durch die Berechnungsmittel unterstützt.
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Darüber hinaus
ist die vorstehende Beschreibung für einen Vierzylindermotor angefertigt worden.
Es ist offensichtlich, dass die Erfindung für einen Motor eingesetzt werden
kann, der zwei Zylinder aufweist, die von einer Zündspule
gespeist werden, oder für
jede andere Anzahl von Zylindern gleich 2 ×
wobei
≥ 1 ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele
beschränkt,
weil unterschiedliche Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne
den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche zu verlassen.
≥ 1 ist.