EP0502549A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Zündüberwachung einer Zündanlage - Google Patents

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EP0502549A2
EP0502549A2 EP92103903A EP92103903A EP0502549A2 EP 0502549 A2 EP0502549 A2 EP 0502549A2 EP 92103903 A EP92103903 A EP 92103903A EP 92103903 A EP92103903 A EP 92103903A EP 0502549 A2 EP0502549 A2 EP 0502549A2
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spark
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Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
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BERU Ruprecht GmbH and Co KG
Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
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    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
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    • F02P3/0435—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means with semiconductor devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P11/00—Safety means for electric spark ignition, not otherwise provided for
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • 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 method for ignition monitoring of an ignition system with a storage choke, on which the electrical energy required to generate an ignition spark is stored, and an ignition coil, to which this energy is transmitted for generating the ignition spark, and a device for ignition monitoring of an ignition system with a Storage choke, on which the supply voltage is connected, and an ignition coil connected in parallel.
  • an ignition system for an internal combustion engine it is desirable to detect a misfire, that is to say the absence of an ignition spark, in order, for example, to prevent the fuel supplied to the engine from not being burned, which can lead to destruction of the catalyst, in particular in the case of an exhaust system with a catalyst .
  • the object underlying the invention is therefore to develop a method and an apparatus, i.e. to create a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning with which a clear detection is possible as to whether an ignition spark is present between the electrodes of the spark plugs supplied by the ignition system or whether a short circuit or shunt has occurred or the ignition coil is not under load on the high voltage side, which is e.g. the case is when the ignition cable has fallen off.
  • This object is achieved in the method according to the invention in that the voltage difference between the voltage rise at the storage inductor and the supply voltage and the voltage difference across the storage inductor are detected and the absence of at least one of these voltage difference signals is evaluated as an indication of a fault in the ignition system.
  • the circuit arrangement according to the invention stands out by three voltage handles for the supply voltage and for the two voltages on the storage inductor, which supply corresponding voltage signals, and an evaluation circuit which, in the absence of at least one of these voltage signals, generates an error signal.
  • the design according to the invention also offers the possibility of measuring the spark life, the circuit arrangement according to the invention being able to be produced at low cost and requiring little space.
  • the ignition system shown in Fig. 1 consists of a storage inductor L0, to which the supply voltage + UB is located and in which energy is stored via a transistor T0, which is switched through by a control when a switch S0 is closed, between the storage inductor L0 and an ignition coil ZSP0 connected in parallel to it, the ignition coil ZSP0 is transmitted.
  • the secondary winding of the ignition coil ZSP0 is connected in the usual way to the spark gap of a spark plug.
  • voltage signals are tapped at the storage choke L0. These voltage signals are the voltages U20 and U21 on both sides of the storage inductor L0, and additionally the supply voltage UB, which are shown in FIGS. 3b and 4c.
  • the voltages U20 and U21 are the voltage increase at the connection of the storage inductor L0, at which the supply voltage + UB is located, and the voltage increase at the collector of the switching transistor T0.
  • a diode D0 which only allows a current in the direction of the storage inductor L0, and two capacitors C0, C1 are connected, the other connection of which is connected to ground.
  • the voltage taps for the voltage + U21, + U20 and the supply voltage + UB are direct or via resistors R1, R2 (+ U21, + UB) and a Zener diode ZD1 (+ UB ) connected to a circuit, preferably in the form of two optocouplers Opt0 and Opt1, connected in series, with a logic AND function, which logically combines the voltage differences U20-UB and U21-U20.
  • a transistor T1 which serves as a switch, is at its base due to the voltage drop controlled at the resistor R3 and is connected with its collector-emitter path, for example via a resistor R6, between the output of the optocoupler Opt0 and ground.
  • a resistor R5, which is connected upstream of the base of the transistor T1, serves to limit the current.
  • a voltage UA which is representative of the state of the spark gap of the ignition system, is tapped at the collector of transistor T1 via resistor R6. If this voltage UA has a high potential, then there is an error.
  • the circuit arrangement according to the invention with the structure shown in detail in FIG. 2 operates in the following way:
  • the diode D0 is provided which, when the storage inductor L0 is discharged, prevents this voltage surge + U20 from being short-circuited via the network.
  • the capacitors C0 and C1 integrate the pulse occurring when the storage choke L0 is discharged.
  • the voltage rise + U20 at capacitor C1 provides a direct statement about the load on the ignition coil ZSP0 (shunt of the ignition electrodes).
  • the voltage rise + U21 at the collector of transistor T0 is also used for the evaluation.
  • the corresponding voltage difference U21-U20 is present over a period of time that corresponds to the spark life at the electrodes.
  • the two voltage difference signals U21-U20 and U20-UB are linked via the outputs of the optocoupling Opt0, Opt1 according to the logical AND function.
  • the two optocouplers Opt0, Opt1 therefore form an AND gate.
  • Resistor R3 no voltage drop. As a result, the voltage UA tapped at the transistor T1 is at a high value. Since the voltage across resistor R3 is only present for as long as a spark is present between the ignition electrodes, this signal can be used to measure the burning duration, which also makes it possible to make a statement about the condition of the electrodes.
  • the integration element consisting of capacitor C2 and resistor R4 is provided. As long as periodic ignition takes place, the transistor T1 conducts, so that the output voltage UA is at a low value.
  • This output voltage UA of the transistor T1 can therefore provide a direct and unambiguous statement about the load on the ignition coil and whether the ignition coil is short-circuited or not.
  • the circuit arrangement according to the invention makes this possible with a simple, inexpensive construction of simple components with a simple connection (no high voltage), and in addition to the clear statement as to whether a spark is present between the electrodes, there is also the possibility of controlling the erosion of the electrodes, since a burn duration measurement is possible.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Zündüberwachung einer Zündanlage. Die Zündanlage umfaßt eine Speicherdrossel (L0), in der die zum Erzeugen eines Zündfunkens benötigte Energie gespeichert wird, sowie eine Zündspule (ZSP0), auf der diese Energie zum Zündzeitpunkt übertragen wird. Zur Erkennung, ob ein Zündfunken entsteht, d.h., zur Erzielung einer direkten Aussage über die Belastung der Zündspule (ZSP0)sowie darüber, ob die Zündspule kurzgeschlossen ist oder nicht, werden die beiden Spannungsüberhöhungen (U20, U21) auf beiden Seiten der Speicherdrossel (L0) sowie die Versorgungsspannung (UB) abgegriffen und werden die Spannungsdifferenzen (U21-U20 und U20-UB) ausgewertet, d.h., nach der logischen UND-Funktion verknüpft. Das Fehlen wenigstens eines dieser Spannungsdifferenzsignale wird als Fehler der Zündanlage gewertet. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündüberwachung einer Zündanlage mit einer Speicherdrossel, an der die zur Erzeugung eines Zündfunkens benötigte elektrische Energie gespeichert wird, und einer Zündspule, auf die diese Energie zur Erzeugung des Zündfunkens übertragen wird, sowie eine Vorrichtung zur Zündüberwachung einer Zündanlage mit einer Speicherdrossel, an der die Versorgungsspannung liegt, und einer dazu parallel geschalteten Zündspule.
  • Bei einer Zündanlage für eine Brennkraftmaschine ist es erwünscht, eine Fehlzündung, d.h., das Ausbleiben eines Zündfunkens festzustellen, um beispielsweise zu verhindern, daß der der Maschine geliefert Kraftstoff nicht verbrannt wird, was insbesondere bei einer Abgasanlage mit Katalysator zu einer Zerstörung des Katalysators führen kann.
  • Dazu ist aus der DE-38 29 797 A1 bereits eine elektronische Motorsteuerung mit Funktionsprüfung für die Zündungsendstufe bekannt, bei der ein Sensor für das Auftreten der Zündspannungen vorgesehen ist und die Einspritzendstufe abgeschaltet wird, wenn eine gegebene Anzahl von Zündspannungen in Folge ausgeblieben ist, was über das Sensorausgangssignal ermittelt wird.
  • Aus der EP 0 344 349 A1 ist es weiterhin bekannt, das Ausbleiben des Zündfunkens, d.h., eine Fehlzündung einer Zündanlage dadurch festzustellen, daß die in der Primärwicklung der Zündspule bei der Erzeugung des Zündfunkens induzierte Spannung erfaßt und mit einer Bezugsspannung mit bestimmter Höhe und bestimmter Dauer verglichen wird, die für einen fehlerfreien Zündvorgang representativ ist.
  • Bei diesen bekannten Verfahren und Schaltungsanordnungen zur Zündüberwachung einer Zündanlage erfolgt eine Stromflußerkennung auf induktivem Weg, von der sich jedoch nicht eindeutig ableiten läßt, ob ein Zündfunken entstanden ist, da das Entstehen eines Zündfunkens an der Zündkerze z.B. nicht von dem Bestehen eines Nebenschlusses unterschieden werden kann.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung, d.h. eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen mit denen eine eindeutige Erkennung möglich ist, ob ein Zündfunken zwischen den Elektroden der von der Zündanlage versorgten ZÜndkerzen ansteht oder ob ein Kurzschluß oder Nebenschluß aufgetreten ist oder die Zündspule hochspannungsseitig nicht belastet ist, was z.B. dann der Fall ist, wenn das Zündkabel abgefallen ist.
  • Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Spannungsdifferenz zwischen der Spannungsüberhöhung an der Speicherdrossel und der Versorgungsspannung sowie die Spannungsdifferenz über der Speicherdrossel erfaßt werden und das Fehlen wenigstens eines dieser Spannungsdifferenzsignale als Anzeige eines Fehlers der Zündanlage gewertet wird.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich durch drei Spannungsgriffe für die Versorgungsspannung sowie für die beiden Spannungen an der Speicherdrossel, die entsprechende Spannungssignale liefern, und eine Auswerteschaltung aus, die bei Fehlen wenigstens eines dieser Spannungssignale ein Fehlersignal erzeugt.
  • Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung die beiden Spannungsüberhöhungen an der Speicherdrossel zur Auswertung herangezogen werden, ist eine direkte Aussage über die Belastung der Zündspule, sowie eine eindeutige Aussage darüber möglich, ob die Zündspule kurzgeschlossen ist oder nicht.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung bietet weiterhin die Möglichkeit, die Funkenstandzeit zu messen, wobei die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung unter geringen Kosten zu fertigen ist und einen geringen Platzbedarf hat.
  • Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgmäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind Gegenstand der Ansprüche 2, bzw. 4 bis 8.
  • Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1 das Schaltbild einer Zündanlage mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
    • Fig. 2 das Schaltbild im einzelnen des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und
    • Fig. 3 und 4 Spannungszeitdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Zündanlage besteht aus einer Speicherdrossel L0, an der die Versorgungsspannung +UB liegt und in der über einen Transistor T0, der von einer Ansteuerung durchgeschaltet wird, Energie gespeichert wird, die beim Schließen eines Schalters S0 zwischen der Speicherdrossel L0 und einer parallel dazu geschalteten Zündspule ZSP0 auf die Zündspule ZSP0 übertragen wird. Die Sekundärwicklung der Zündspule ZSP0 ist in üblicher Weise mit der Funkenstrecke einer Zündkerze verbunden.
  • Zur Zündüberwachung gemäß der Erfindung werden Spannungssignale an der Speicherdrossel L0 abgegriffen. Diese Spannungssignale sind die Spannungen U20 und U21 auf beiden Seiten der Speicherdrossel L0, sowie zusätzlich die Versorgungsspannung UB, die in Fig. 3b und 4c dargestellt sind. Die Spannungen U20 und U21 sind die Spannungsüberhöhung an dem Anschluß der Speicherdrossel L0, an der die Versorgungsspannung +UB liegt, sowie die Spannungsüberhöhung am Kollektor des Schalttransistors T0.
  • Zwischen den Versorgungsanschluß für die Versorgungsspannung +UB und die Speicherdrossel L0 sind eine Diode D0, die einen Strom nur in Richtung auf die Speicherdrossel L0 zuläßt, sowie zwei Kondensatoren C0, C1 geschaltet, deren anderer Anschluß an Masse liegt.
  • Wie es im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Spannungsabgriffe für die Spannung +U21, +U20 und die Versorgungsspannung +UB direkt oder über Widerstände R1, R2 (+U21, +UB)sowie eine Z-Diode ZD1 (+UB) mit einer vorzugsweise in Form von zwei in Reihe geschalteten Optokopplern Opt0 und Opt1 ausgebildeten Schaltung mit logischer UND-Funktion verbunden, die die Spannungsdifferenzen U20-UB und U21-U20 logisch verknüpft.
  • Diese Spannungsdifferenzen werden über die Ausgänge der Optokoppler Opt0 und Opt1 auf den Widerstand R3 übertragen, wobei der entsprechende Spannungsabfall am Widerstand R3 über eine Diode D1 in einem Kondensator C2 gespeichert wird, der zusammen mit einem parallel dazu geschalteten Widerstand R4 ein Integrationsglied bildet. Ein Transistor T1, der als Schalter dient, wird an seiner Basis durch den Spannungsabfall am Widerstand R3 angesteuert und ist mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke beispielsweise über einen Widerstand R6 zwischen den Ausgang des Optokopplers Opt0 und Masse geschaltet. Ein Widerstand R5, der der Basis des Transistor T1 vorgeschaltet ist, dient zur Strombegrenzung.
  • Am Kollektor des Transistors T1 wird über den Widerstand R6 eine Spannung UA abgegriffen, die für den Zustand der Funkenstrecke der Zündanlage representativ ist. Wenn diese Spannung UA ein hohes Potential hat, dann liegt ein Fehler vor.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit dem in Fig. 2 im einzelnen dargestellten Aufbau arbeitet in der folgenden Weise:
       Um zunächst die Spannungsüberhöhung +U20 abgreifen zu können, ist die Diode D0 vorgesehen, die beim Entladen der Speicherdrossel L0 verhindert, daß diese Spannungsüberhöhung +U20 über das Netz kurzgeschlossen wird. Die Kondensatoren C0 und C1 integrieren den beim Entladen der Speicherdrossel L0 auftretenden Impuls. Die Spannungsüberhöhung +U20 am Kondensator C1 (siehe Fig. 4c, d) liefert eine direkte Aussage über die Belastung der Zündspule ZSP0 (Nebenschluß der Zündelektroden). Die entsprechende Spannungsdifferenz U = U20-UB wird mit dem Optokoppler Opt1 ausgewertet.
  • Da daraus noch keine eindeutige Aussage zu entnehmen ist, ob die Zündspule ZSP0 kurzgeschlossen ist oder nicht, wird auch die Spannungsüberhöhung +U21 am Kollektor des Transistors T0 zur Auswertung herangezogen. Die entsprechende Spannungsdifferenz U21-U20 liegt über eine zeitliche Dauer an, die der Funkenstandzeit an den Elektroden entspricht. Die beiden Spannungsdifferenzsignale U21-U20 und U20-UB werden über die Ausgänge der Optokopplung Opt0, Opt1 nach der logischen UND-Funktion verknüpft. Die beiden Optokoppler Opt0, Opt1 bilden daher ein UND-Glied.
  • Fehlt wenigstens eines dieser Signale, dann tritt am Widerstand R3 kein Spannungsabfall auf. Dadurch liegt die am Transistor T1 abgegriffene Spannung UA auf einem hohen Wert. Da die Spannung über dem Widerstand R3 nur solange anliegt, wie zwischen den Zündelektroden ein Funken ansteht, kann dieses Signal zur Brenndauermessung herangezogen werden, wodurch auch eine Aussage über den Zustand der Elektroden möglich ist.
  • Da das Signal am Widerstand R3 nur periodisch anliegt, ist das Integrationsglied aus dem Kondensator C2 und dem Widerstand R4 vorgesehen. Solange eine periodische Zündung stattfindet leitet der Transistor T1, so daß die Ausgangsspannung UA auf einem niedrigem Wert liegt.
  • Über diese Ausgangsspannung UA des Transistors T1 kann daher eine direkte und eindeutige Aussage über die Belastung der Zündspule sowie darüber gemacht werden, ob die Zündspule kurzgeschlossen ist oder nicht. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht das mit einem einfachen kostengünstigen Aufbau aus einfachen Bauteilen mit einem einfachen Anschluß (keine Hochspannung), wobei über die eindeutige Aussage, ob ein Funken zwischen den Elektroden ansteht hinaus auch die Möglichkeit zur Kontrolle des Abbrands der Elektroden besteht, da eine Brenndauermessung möglich ist.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Zündüberwachung einer Zündanlage mit einer Speicherdrossel, an der die zur Erzeugung eines Zündfunkens benötigte elektrische Energie gespeichert wird, und einer Zündspule, auf der diese Energie zur Erzeugung des Zündfunkens übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz zwischen der Spannungsüberhöhung an der Speicherdrossel und der Versorgungsspannung, sowie die Spannungsdifferenz über der Speicherdrossel erfaßt werden, und das Fehlen wenigstens eines dieser Spannungsdifferenzsignale als Anzeige eines Fehlers der Zündanlage gewertet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungssignale nach der logischen UND-Funktion verknüpft werden.
  3. Schaltungsanordnung zur Zündüberwachung einer Zündanlage mit einer Speicherdrossel, an der die Versorgungsspannung liegt, und einer dazu parallel geschalteten Zündspule, gekennzeichnet durch drei Spannungsabgriffe für die Versorgungsspannungsowie für die beiden Spannungen über der Speicherdrossel (L0), die entsprechende Spannungssignale liefern, und eine Auswerteschaltung, die beim Fehlen wenigstens eines dieser Spannungssignale ein Fehlersignal erzeugt.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Versorgungsanschluß der Zündanlage und die Speicherdrossel (L0) eine Diode (D0) geschaltet ist, die einen Strom nur in Richtung auf die Speicherdrossel (L0) zuläßt.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kondensatoren (C0, C1) zwischen Masse und einem Punkt zwischen der Diode (D0) und der Speicherdrossel (L0) liegen.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung aus einer Schaltungseinrichtung mit logischer UND-Funktion, an der die Spannungssignale der Spannungsabgriffe liegen, und einer Überwachungsschaltung besteht, die auf das Ausgangssignal der Schaltungseinrichtung mit logischer UND-Funktion anspricht und ggf. das Fehlersignal erzeugt.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mit logischer UND-Funktion aus zwei in Reihe geschalteten Optokopplern (Opt0, Opt1) besteht.
  8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung aus einem Widerstand (R3), der mit dem Ausgang eines Optokopplers (Opt1) verbunden ist, an dem die Spannungsdifferenz zwischen der Spannungsüberhöhung an der Speicherdrossel (L0) und der Versorgungsspannung liegt, einem Kondensator (C2), an dem über eine Diode (D1) der Spannungsabfall am Widerstand (R3) liegt, und einem Transistor (T1) aufgebaut ist, an dessen Basis die Spannung des Kondensators (C2) liegt, der mit seinem Kollektor mit dem Ausgang des anderen Optokopplers (Opt0) verbunden ist, an dem die Spannungsdifferenz über der Speicherdrossel (L0) liegt und der mit seinem Kollektor an Masse liegt, wobei die Spannung zwischen dem Kollektor des Transistors (T1) und Masse als Überwachungsspannung abgegriffen wird, die ggf. das Fehlersignal liefert.
EP92103903A 1991-03-07 1992-03-06 Verfahren und Vorrichtung zur Zündüberwachung einer Zündanlage Expired - Lifetime EP0502549B1 (de)

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