EP0386431A2 - Schaltungsanordnung zur Messung der Primärspannung einer Zündspule - Google Patents

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EP0386431A2
EP0386431A2 EP19900101468 EP90101468A EP0386431A2 EP 0386431 A2 EP0386431 A2 EP 0386431A2 EP 19900101468 EP19900101468 EP 19900101468 EP 90101468 A EP90101468 A EP 90101468A EP 0386431 A2 EP0386431 A2 EP 0386431A2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/10—Measuring dwell or antidwell time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for measuring the primary voltage of an ignition coil according to the preamble of the main claim.
  • Circuits for measuring the primary voltage of ignition coils in motor vehicles which require transistors and Zener diodes to detect the spark duration of the ignition spark. At the output of this circuit, only a digital signal is provided, which identifies the spark duration.
  • the required transistors and Zener diodes are unfavorable for use in hybrid circuits, since these components represent a high manufacturing outlay.
  • the circuit arrangement for measuring the primary voltage of an ignition coil with the features of the main claim has the advantage that the spark duration can still be evaluated digitally and there is also the possibility of analogue detection of the primary voltage on two different scales.
  • all ignition coils can be monitored with the circuit arrangement according to the invention with regard to their primary voltage.
  • several input diodes are arranged on the input side, which form an input-side OR gate.
  • the analog primary voltage is divided by means of a voltage divider and reduced primary voltage is evaluated analog and digital. This enables both analog burning voltage detection and digital spark duration detection. Transistors and Zener diodes are not required, which is why the circuit arrangement is well suited for implementation in hybrid technology.
  • a mean value is formed on the divider tap using a capacitor.
  • subsequent IC inputs can also be protected against overvoltages.
  • the differential amplifier is a comparator with switching hysteresis, the output voltage of which is used for digital spark duration detection.
  • the output signals of the circuit arrangement can be evaluated in the computer of the existing motor control and taken into account for control functions.
  • the circuit arrangement shown in FIG. 1 has two protective diodes D1, D2 at its two inputs for the primary voltages UP1, UP2 of two primary voltages (not shown), which form an input OR gate.
  • the respective applied primary voltage UP1 or UP2 is reduced by the factor R2 / (R1 + R2) via a voltage divider with the divider resistors R1, R2.
  • a mean value formation of the reduced primary voltage is carried out by means of a capacitor C1 connected in parallel with the divider resistor R2, which is supplied to an evaluation circuit 1 as an analog output voltage UA.
  • the battery voltage UB is divided by a second voltage divider with the resistors R3, R4, the divided battery voltage being supplied to the negative input of a differential amplifier 2 as a reference voltage UR.
  • a diode D3 is connected in series with the diode voltage UD to the resistor R4.
  • the divided primary voltage is present at the positive input of differential amplifier 2 via an input resistor R5. Between positive input of the difference amplifier 2 and its output, a feedback resistor R6 is effective.
  • the differential amplifier 2 wired in this way works like a comparator with switching hysteresis and outputs a digital output voltage UD, the duration of which corresponds to the spark duration.
  • the digital output voltage UD is also evaluated in the evaluation circuit 1.
  • the divided primary voltage occurring at the divider tap between the divider resistors R1 and R2 is clamped by means of a diode D5 and another low-resistance voltage divider, which consists of the resistors R7, R8.
  • the brackets are dimensioned such that primary voltages above the operating voltage are bracketed, the divider resistors R1 and R7 acting in parallel with R8 for these voltages. Voltages above the operating voltage can thus also be evaluated analogously in the evaluation circuit 1 on a changed scale.
  • the capacitor C1 must be chosen to be sufficiently small so that the analog evaluation of overvoltages is possible.
  • the diode D4 has the same function in relation to the battery voltage UB as the diode D5 in relation to the primary voltages UP1 and UP2.
  • the comparator designed as a differential amplifier 2 compares the divided primary voltage UA with the reference voltage UR, which is derived from the battery voltage UB by means of a voltage divider.
  • the comparator has a hysteresis which is determined by the resistors R5 and R6.
  • An analog primary voltage detection 3 and a digital one take place in the evaluation circuit 1, which can be part of the motor control not shown here Spark duration detection 4.
  • the values determined can be taken into account for control functions in the engine control.
  • the output voltages UA, UD can also be evaluated for error detection.
  • the time profile of a primary voltage UP is shown in FIG.
  • the associated output voltages UA and UD are shown in FIG. 3 and FIG. 4.
  • FIG. 3 shows the course of the analog output voltage UA with a broken line as it occurs without capacitor C1.
  • the capacitor C1 thus has the capacitance OnF. If, on the other hand, a capacitor C1 is used as shown in FIG. 1, the curve of the voltage UA smoothes out according to the voltage curve shown with a solid line.
  • the signal shown in Figure 4 indicates the spark duration T.

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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Messung der Primärspannung einer Zündspule vorgeschlagen, die ohne Transistoren und Zenerdioden auskommt und damit besonders gut für eine Realisierung in Hybridtechnik geeignet ist. Die Schaltung ermöglicht es, die Primärspannung analog auszuwerten und gibt die Funkenbrenndauer in Form eines digitalen Signals ab.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung der Primärspannung einer Zündspule gemäß der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Es sind Schaltungen zur Messung der Primärspannung von Zündspulen in Kraftfahrzeugen bekannt, die zur Erken­nung der Funkenbrenndauer des Zündfunkens Transistoren und Zenerdioden benötigen. Am Ausgang dieser Schaltung wird lediglich ein digitales Signal bereitgestellt, welches die Funkenbrenndauer kennzeichnet. Die erfor­derlichen Transistoren und Zenerdioden sind für die An­wendung in Hybridschaltungen ungünstig, da diese Bau­teile einen hohen Fertigungsaufwand darstellen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die Schaltungsanordnung zur Messung der Primärspannung einer Zündspule mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Funkenbrenndauer weiterhin digital ausgewertet werden kann und zusätz­lich die Möglichkeit besteht, die Primärspannung in zwei unterschiedlichen Maßstäben analog zu erfassen. Bei Einsatz einer sogenannten ruhenden Zündspannungs­ verteilung mit mehreren Zündspulen können sämtliche Zündspulen mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanord­nung bezüglich ihrer Primärspannung überwacht werden. Zu diesem Zweck werden eingangsseitig mehrere Eingangs­dioden angeordnet, die ein eingangsseitiges ODER-Gatter bilden.
  • Die analoge Primärspannung wird mittels eines Span­nungsteilers geteilt und reduzierte Primärspannung ana­log und digital ausgewertet. Somit ist sowohl eine ana­loge Brennspannungserfassung als auch eine digitale Funkendauererfassung möglich. Transistoren und Zener­dioden sind nicht erforderlich, weshalb die Schaltungs­anordnung für eine Realisierung in Hybridtechnik gut geeignet ist.
  • Um eine Verfälschung durch Spannungspitzen zu verhin­dern, wird mittels eines Kondensators eine Mittelwert­bildung am Teilerabgriff vorgenommen. Mittels einer Klammerschaltung können außerdem nachfolgende IC-­Eingänge vor Überspannungen geschützt werden.
  • Der Differenzverstärker ist ein Komparator mit Schalthysterese, dessen Ausgangsspannung zur digitalen Funkendauererkennung dient. Die Ausgangssignale der Schaltungsanordnung können im Rechner der vorhandenen Motorsteuerung ausgewertet und für Steuerfunktionen be­rücksichtigt werden.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung nä­her erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für analoge und digitale Primärspannungserfassung,
    • Figur 2 den zeitlichen Verlauf einer an einer Zündspule anliegenden Primärsspannung,
    • Figur 3 den zu der in Figur 2 dargestellten Primärspan­nung gehörenden Verlauf des analogen Ausgangssignals der erfindungsgemäßen Schaltung und
    • Figur 4 den zugehörigen Verlauf des digitalen Ausgangs­signals der erfindungsgemäßen Schaltung.
  • Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung besitzt an ihren beiden Eingängen für die Primärspannungen UP1, UP2 zweier nicht dargestellter Primärspannungen zwei Schutzdioden D1, D2, die ein Eingangs-ODER-Gatter bilden. Die jeweils anliegende Primärspannung UP1 bzw. UP2 wird über einem Spannungsteiler mit den Teilerwi­derständen R1, R2 um den Faktor R2/(R1 + R2) reduziert. Um eine Verfälschung durch Spannungsspitzen zu verhindern, wird mittels eines dem Teilerwiderstand R2 parallel geschalteten Kondensator C1 eine Mittelwert­bildung der reduzierten Primärspannung durchgeführt, die als analoge Ausgangsspannung UA einer Auswerte­schaltung 1 zugeführt wird.
  • Die Batteriespannung UB wird über einen zweiten Span­nungsteiler mit den Widerständen R3, R4 geteilt, wobei die geteilte Batteriespannung dem negativen Eingang ei­nes Differenzverstärkers 2 als Referenzspannung UR zu­geführt wird. Aus Symmetriegründen sind die Widerstände beider Teiler wie folgt dimensioniert: R1 = R3, R2 = R4 Zur Verschiebung der Schaltschwelle des Differenzver­stärkers 2 wird eine Diode D3 mit der Diodenspannung UD zum Widerstand R4 in Reihe geschaltet.
  • Am positiven Eingang des Differenzverstärkers 2 liegt die geteilte Primärspannung über einen Eingangswider­stand R5 an. Zwischen positivem Eingang des Differenz­ verstärkers 2 und seinem Ausgang ist ein Rückkopplungs­widerstand R6 wirksam. Der derart beschaltete Diffe­renzverstärker 2 arbeitet wie ein Komparator mit Schalthysterese und gibt eine digitale Ausgangsspannung UD ab, deren Dauer der Funkenbrenndauer entspricht. In der Auswerteschaltung 1 wird auch die digitale Aus­gangsspannung UD ausgewertet.
  • Um nachfolgende IC-Eingänge zu schützen, wird die am Teilerabgriff zwischen den Teilerwiderständen R1 und R2 auftretende geteilte Primärspannung mittels einer Diode D5 und einem weiteren niederohmigen Spannungsteiler, der aus den Widerständen R7, R8 besteht, geklammert. Die Klammerung ist so dimensioniert, daß Primärspannun­gen oberhalb der Brennspannung geklammert werden, wobei für diese Spannungen die Teilerwiderstände R1 und R7 in Parallelschaltung zu R8 wirksam sind. Spannungen ober­halb der Brennspannung können somit in verändertem Maß­stab ebenfalls analog in der Auswerteschaltung 1 ausge­wertet werden. Der Kondensator C1 muß genügend klein gewählt werden, damit die analoge Auswertung von Über­spannungen möglich ist.
  • Die Diode D4 hat die gleiche Funktion bezogen auf die Batteriespannung UB, wie die Diode D5 bezogen auf die Primärspannungen UP1 bzw. UP2.
  • Der als Differenzverstärker 2 ausgebildete Komparator vergleicht die geteilte Primärspannung UA mit der Refe­renzspannung UR, die mittels eines Spannungsteilers aus der Batteriespannung UB abgeleitet ist. Der Komparator besitzt eine Hysterese, die durch die Widerstände R5 und R6 bestimmt ist.
  • In der Auswerteschaltung 1, die Teil der hier nicht dargestellten Motorsteuerung sein kann, erfolgt eine analoge Primärspannungserfassung 3 und eine digitale Funkendauererkennung 4. Die dabei ermittelten Werte können zu Steuerfunktionen in der Motorsteuerung be­rücksichtigt werden. Die Ausgangsspannungen UA, UD kön­nen auch zur Fehlererkennung ausgewertet werden.
  • In Figur 2 ist der zeitliche Verlauf einer Primärspan­nung UP dargestellt. Die zugehörigen Ausgangsspannungen UA und UD sind in Figur 3 und Figur 4 gezeigt.
  • In Figur 3 ist mit unterbrochener Linie der Verlauf der analogen Ausgangsspannung UA dargestellt, wie er ohne Kondensator C1 auftritt. Der Kondensator C1 besitzt so­mit die Kapazität OnF. Wird dagegen ein Kondensator C1 wie in Figur 1 dargestellt verwendet, so glättet sich der Verlauf der Spannung UA entsprechend dem mit durch­gehender Linie dargestellten Spannungsverlauf.
  • Das in Figur 4 dargestellte Signal gibt die Funken­brenndauer T an.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Messung der Primärspannung einer Zündspule mit einem Differenzverstärker, dem ein­gangsseitig ein von der Primärspannung abgeleitetes re­duziertes Signal und eine Referenzspannung zugeführt wird und der ausgangsseitig ein der Brenndauer des Zündfunkens entsprechend langes Brenndauersignal ab­gibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspannung (UP1, UP2) über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Schutzdiode (D1, D2) und einen Spannungsteiler (R1, R2) abgegriffen und über einen Widerstand (R5) dem einen Eingang des Differenzverstärkers (2) zugeführt wird, und daß die am Spannungsteiler (R1, R2) auftretende ge­teilte Primärspannung (UA) einer analogen Auswerteein­richtung (3) zugeführt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß an der geteilten Primärspannung (UA) mittels eines Kondensators (C1) eine Mittelwertbildung vorgenommen wird.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geteilte Primärspan­nung bei Primärspannungswerten, die oberhalb der Brenn­spannung des Zündfunkens liegen, geklammert wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Klammerung der geteilten Primär­spannung eine Klammerschaltung verwendet wird, die aus einer am Abgriff des Spannungsteilers (R1, R2) ange­schlossenen Diode (D5) und einem der Diode nachgeschal­teten niederohmigen weiteren Spannungsteiler (R7, R8) besteht.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenz­verstärker (2) eine Schalthysterese hat, die durch ei­nen an seinem Meßeingang vorgeschalteten Eingangswider­stand (R5) und einen zwischen dem Meßeingang und seinem Ausgang wirksamen Rückkopplungswiderstand (R6) bestimmt ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Schaltungsanordnung mehrere Schutzdioden (D1, D2) ein Eingangs-ODER-Gatter bilden.
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