EP1054154B1 - Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstromes für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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- EP1054154B1 EP1054154B1 EP20000107750 EP00107750A EP1054154B1 EP 1054154 B1 EP1054154 B1 EP 1054154B1 EP 20000107750 EP20000107750 EP 20000107750 EP 00107750 A EP00107750 A EP 00107750A EP 1054154 B1 EP1054154 B1 EP 1054154B1
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- 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 device for detecting an ion current for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
- ionization of various molecules takes place during combustion. If an electric field is applied in a region of the combustion chamber, an ion movement can be generated, which in turn can be measured as current. This ionic current has a correlation to the pressure curve in the combustion chamber and can thus be used for combustion control.
- DE 197 33 869 A1 and DE 197 30 362 A1 Another approach followed by the embodiments in the DE 197 34 039 A1 .
- DE 197 33 869 A1 and DE 197 30 362 A1 According to these publications, a voltage continuous analog signal is converted into a voltage discrete pulse train and communicated to the combustion control unit for further evaluation.
- the DE 197 30 362 A1 uses for this purpose a comparator circuit whose threshold value can be set by the combustion control unit via a voltage interface.
- the DE 197 33 869 A1 uses masking circuits and a bandpass filter to convert the ionic current signal into a pulse knocking signal which is sent to the combustion control unit for further evaluation.
- the combustion control unit in this case has no possibility of intervention on the threshold values for knock signal detection, which can lead to disadvantages during the application phase of such a system.
- the DE 197 34 039 A1 uses a pulse generation device for misfire detection.
- the DE 197 34 039 A1 and the DE 197 33 869 A1 additionally use the unfiltered voltage signal via the measuring resistor. All the above procedures lead to an increased wiring complexity. On the other hand, the noise and feedback problems remain in the evaluation of this voltage-continuous analog signal.
- a measuring resistor to ground at the measuring point leads to a negative voltage signal relative to the reference ground. This forces an additional negative power supply and a reverse amplifier for the signal evaluation. For noise suppression, it is therefore useful to introduce a band limit in this amplifier stage. However, this requires matched capacitors at the inverting amplifier.
- the use of a measuring shunt thus increases the switching complexity and cost.
- a measuring shunt also forms a voltage divider with the measuring channel in the combustion chamber, ie the choice of this resistor reduces the size of the already small ion current anyway.
- a misfire apparatus and method for detecting a misfire in which an ignition current is measured in an ignition system.
- a current / voltage converter unit for a pair of cylinders is used for this purpose.
- the circuit including the operational amplifier further includes resistors and a capacitor, wherein a resistor and a capacitor are connected in parallel with a transistor which transitions to the conducting state when a high level reset signal is applied to its input.
- a misfire scanning circuit for an internal combustion engine is known, with which misfires can be detected on the basis of the presence or absence of an ion current.
- the ion current is caused by combustion by applying a voltage to spark plugs of the internal combustion engine.
- the misfire sensing circuit comprises a current to voltage converter unit, which in turn comprises an operational amplifier whose inverting input is connected to one electrode of a capacitor on the low potential side and whose non-inverting input is grounded.
- the object of the invention is to provide a self-diagnostic device for detecting an ionic current for an internal combustion engine, which comprises the aforementioned Avoid disadvantages and provides a vehicle-ready processed ion current measurement signal in a simple manner.
- Meßsignalkonverter a current / voltage converter, which consists of an operational amplifier.
- the negative input of the operational amplifier is connected to the Meßwoodser Wegungs owned, the Zündstrombypass and a resistor with its output, which provides the measurement signal.
- the positive input of the operational amplifier is at a slightly elevated potential.
- a voltage converter in the form of an interface converter, for example, from Tietze, Schenck, 9th ed., Page 366, known.
- this circuit is normally used to adapt a current interface with controllable impressed current to a voltage interface. In this case, the circuit acts as a current sink.
- the circuit is used in conjunction with an impressed constant voltage source, namely the ion measuring voltage generating means, and therefore acts as a current source for the ion current.
- an impressed constant voltage source namely the ion measuring voltage generating means
- the operational amplifier is not operating in its saturation, there is a linear relationship between the combustion chamber Meßleitleitleitwert and the output of the operational amplifier, which is directly the measurement voltage.
- the advantage over a solution with a measuring resistor is a continuously positive voltage.
- the measuring node so the negative input of the operational amplifier, virtually to ground, ie the entire capacitor voltage lies above the combustion chamber measuring section, so that the measurement does not falsify the conductivity to be measured.
- Fig. 1 is a schematic overview of a device according to the invention for detecting an ion current shown.
- This device comprises a Ionenstrommeßwoodser Wegungs Sk 1, a Zündstrombypass 2, which is connected in parallel to a protective circuit 3 and a current / voltage converter 4.
- the current / voltage converter 4 in turn is connected in series with a filter stage 5 and an optional additional output driver 6.
- the ion current measuring voltage generating device 1 is connected via an interface Schn_Z with an ignition system, which is not shown in detail.
- the measuring voltage generating device 1 is connected via an interface 1 a to the Zündstrombypass 2, the protective circuit 3 and the current / voltage converter 4.
- the interfaces 4-5, 5-6 and ECU define the connections between the corresponding device parts.
- the individual device parts namely the measuring voltage generating device 1, the Zündstrombypass 2, the protection circuit 3, the current / voltage converter 4, the filter stage 5 and the optional output driver 6 are below in the Fig. 2 to 10 Shown in detail by means of circuit diagrams.
- a known embodiment of a measuring voltage generating device 1 is shown.
- This consists essentially of an ignition device which comprises an ignition coil L1, a control device, here in the form of a transistor T1, and a spark plug X1.
- the spark plug X1 and the transistor T1 are grounded.
- the transistor is connected on the collector side to the primary winding of the coil L1, which in turn is applied to a supply voltage Ub. How out Fig. 2 becomes clear, several of these ignition arrangements can be connected in series.
- the secondary winding of the coil L1 is connected on the one hand to the spark plug X1, on the other hand to the secondary-side ground return 4a, which causes a parallel connection of a storage capacitor Cs and one or more Zener diodes Dz.
- Z_S is the interface to the ignition system. With 1a is already off Fig. 1 known interface referred.
- the quantities L2, T2, X2 designate the parts of a second, parallel ignition arrangement.
- FIG. 3 another embodiment of a known measuring voltage generating device 1 is shown, wherein the with Fig. 2 corresponding reference numerals designate the same or corresponding parts.
- This second embodiment of a measuring voltage generating device 1 consists essentially of a primary-side charging circuit with at least one low-voltage diode DL and a resistor RL connected in series therewith, which has a common node with at least one high-voltage diode Dh to the high-voltage side of at least one spark plug X1, Xx. Furthermore, a parallel circuit of a storage capacitor Cs and one or more Zener diodes Dz is provided. The cathodes of the high-voltage diodes Dh each form a common node with the high-voltage side UH1... UHX of the associated ignition coil, L1... Lx.
- the anodes of the low-voltage diodes DL each form a common node, with the ground-side terminal UL1 ?? ULX the primary side of the zugehärigen ignition coil L1 ........ Lx.
- Fig. 4 is a per se known embodiment of a Zündstrombypasses (reference numeral 2 in Fig. 1 ) and a protection circuit (reference numeral 3 in FIG Fig. 1 ).
- the entire arrangement consists of an ignition diode Dzs and at least one ignition diode Ds connected inversely thereto.
- two series-connected protective diodes Ds are provided.
- the Zündstrombypass is especially important in the first ignition phase.
- a current / voltage converter 4 comprises an operational amplifier OP, which is connected with its negative input to the measuring voltage generator 1 and the Zündstrombypass 2. Furthermore, the negative input of the operational amplifier is connected via a resistor Rq to the output thereof, which essentially supplies the measuring signal.
- the positive input of the operational amplifier is presently grounded. Alternatively, it can also be at a slightly elevated potential.
- an inventive current / voltage converter is shown, which (compared to those in Fig. 5 ) optionally has a capacitor Ctp connected in parallel with the resistor Rq, which effects an early band limitation. Otherwise, a diagnostic offset circuit in the form of at least one series resistor Rv and a Schottky diode Do is provided.
- the capacitor Co which is connected in parallel with the Schottky diode Do, in the present case improves the stability of the offset voltage, but is not absolutely necessary.
- the offset circuit may alternatively be generated by a voltage divider, a Zener voltage or a reference voltage source.
- the present use of the current-voltage converter 4 ensures that the measured voltage is always positive. Otherwise, the negative input of the operational amplifier virtually to ground, so that the entire capacitor voltage is applied across the combustion chamber measuring path and the measurement of the floating value is not distorted.
- the present circuit according to the FIGS. 5 and 6 acts as a current source for the ion current using the ion current measuring voltage generating device as a constant current source.
- the current / measuring voltage transmission ratio is set via the feedback resistor Rq. So long as the operational amplifier does not operate in its saturation, there is a linear relationship between the Brennraum-Meßrownleitwert and the output of the operational amplifier, which is directly the measurement voltage.
- Fig. 7 is a first known per se embodiment of the filter stage 5 is shown. Such a filter stage should preferably be used with an output driver 6 for decoupling. An appropriate output driver is in Fig. 9 shown. The decoupling ensures interference immunity.
- an active filter stage as described in US Pat Fig. 8 is shown used.
- This filter stage forms a second to third order low-pass filter R5, C5 (compare Tietze, Schenck, 9th ed., Page 419) and can simultaneously serve as an anti-aliasing filter for digital signal processing in the combustion control unit (ECU).
- An active filter stage, as in Fig. 8 Used in combination with a current-voltage conversion device, as in Fig. 6 is shown, a cost-effective implementation of the invention, which offers a great deal of flexibility for the application.
- Fig. 9 an optional driver stage is shown in a first embodiment.
- a current interface as used in Fig. 10 (see also Tietze, Schenck, 9th ed., page 369). Namely, a current interface offers the advantage that potential potential offsets between the control unit near the combustion chamber and the combustion control unit have less influence on the signal transmission.
- An arrangement of the overall circuit should preferably be aimed at in the vicinity of the combustion chamber and the ignition coil for emission reasons. Otherwise, the masses of the high-voltage side would have to be led over longer distances in the engine compartment. Ideally, one integrates the compact circuit alone or in conjunction with the or the associated ignition coils on the ignition coil or in a belonging to a cylinder group attachment device in the combustion chamber and Zündspul publication.
- the present invention offers a simple possibility for generating a vehicle-adapted ion current measurement signal.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- In einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung findet während der Verbrennung eine Ionisation verschiedener Moleküle statt. Wird ein elektrisches Feld in einem Bereich des Brennraumes angelegt, so kann eine Ionenbewegung erzeugt werden, die wiederum als Strom gemessen werden kann. Dieser Ionenstrom weist eine Korrelation zum Druckverlauf im Brennraum auf und kann somit zur Verbrennungskontrolle eingesetzt werden.
- Zur Erfassung des Ionenstroms ist es allgemein bekannt, ein ungefiltertes spannungskontinuierliches Analogsignal an eine Auswerteeinrichtung weiterzuleiten. So ist es aus der
US 4,359,893 und derDE 33 39 569 A1 bekannt, zur Felderzeugung eine Kondensator-Zener-Dioden-Kombination zu verwenden. Diese kann während oder vor (vgl.DE 197 33 356 A1 ) der Zündphase geladen werden. DieDE 41 38 823 C2 sowie dieJP 11 037 028 A DE 41 38 823 C2 wird vorgeschlagen, die Meßanordnung in Verbindung mit einem Leistungsschalter auf einer Zündkerze anzuordnen und das ungefilterte Spannungssignal an eine Verbrennungsregeleinheit (im folgenden ECU genannt) weiterzuleiten. Es wird darüber hinaus auch angeregt, alternativ eine Meßanordnung für alle Zylinder zu verwenden. In derDE 197 33 356 A1 ist eine Erweiterung des letzten Vorschlags für Zylindergruppen und Einzelzündspulen beschrieben. - Allen vorgenannten Anordnungen ist gemein, daß sie nur bedingt in einer Fahrzeugumgebung einsetzbar sind, da das Ionenstromsignal im µA-Bereich liegt.
- Einen anderen Ansatz verfolgen die Ausführungsformen in der
DE 197 34 039 A1 ,DE 197 33 869 A1 undDE 197 30 362 A1 . Gemäß diesen Veröffentlichungen wird ein spannungskontinuierliches Analogsignal in eine spannungsdiskrete Impulsfolge umgewandelt und zur weiteren Auswertung an die Verbrennungsregeleinheit übermitteilt. DieDE 197 30 362 A1 verwendet hierzu eine Komperatorschaltung, deren Schwellwert von der Verbrennungsregeleinheit über eine Spannungsschnittstelle einstellbar ist. DieDE 197 33 869 A1 verwendet Maskierungsschaltungen und einen Bandpaß, um das Ionenstromsignal in ein Impuls-Klopfsignal umzuwandeln, das zur weiteren Auswertung an die Verbrennungsregeleinheit geschickt wird. Die Verbrennungsregeleinheit hat hierbei keine Eingriffsmöglichkeit auf die Schwellwerte zur Klopfsignalerfassung, was zu Nachteilen während der Applikationsphase eines solchen Systems führen kann. DieDE 197 34 039 A1 verwendet eine Pulserzeugungsvorrichtung zur Verbrennungsaussetzererkennung. DieDE 197 34 039 A1 und dieDE 197 33 869 A1 verwenden zusätzlich auch das ungefilterte Spannungssignal über den Meßwiderstand. Alle vorgenannten Vorgehensweisen führen zum einen zu einem erhöhten Verdrahtungsaufwand. Zum anderen verbleiben die Rausch- und Rückwirkungsprobleme bei der Auswertung dieses spannungskontinuierlichen Analogsignals. - Im übrigen führt die Verwendung eines Meßwiderstandes gegen Masse am Meßpunkt zu einem negativen Spannungssignal gegenüber der Bezugsmasse. Dies erzwingt eine zusätzliche negative Spannungsversorgung und einen Umkehrverstärker für die Signalauswertung. Zur Rauschunterdrückung ist es daher sinnvoll, in diese Verstärkerstufe eine Bandbegrenzung einzuführen. Dies erfordert jedoch beim Umkehrverstärker abgeglichene Kondensatoren. Die Verwendung eines Meß-Shunts erhöht folglich die Schaltkomplexität und -kosten. Im übrigen bildet ein Meß-Shunt außerdem einen Spannungsteiler mit dem Meßkanal im Brennraum, d. h. die Wahl dieses Widerstands verringert die Größe des sowieso schon kleinen lonenstroms.
- Aus der
US 5,675,072 A ist eine lonenstromerfassungseinrichtung bekannt, bei der der positive Eingang des Operationsverstärkers eines Messkonverters auf Massepotential liegt und bei der über eine nachgeschaltete Schaltungsanordnung die Wechselanteile des Messkonvertersignals separiert werden. Diese Vorrichtung erlaubt allerdings ebenfalls nur eine sehr eingeschränkte Diagnose des Verbrennungsvorgangs. - Aus der
EP 0 615 067 A2 ist eine Fehlzündungseinrichtung und ein Verfahren zur Feststellung einer Fehlzündung bekannt, bei dem bzw. bei der ein Zündstrom in einem Zündsystem gemessen wird. Gemäß einer Ausführungsform wird hierzu eine Strom-/Spannungswandlereinheit für ein Zylinderpaar verwendet. Der, den Operationsverstärker enthaltene Schaltkreis umfaßt ferner Widerstände und einen Kondensator, wobei ein Widerstand und ein Kondensator zu einem Transistor parallel geschaltet sind, der in den leitenden Zustand übergeht, wenn ein Hochpegel-ResetSignal an dessen Eingang angelegt wird. - Aus der
DE 195 02 402 A1 ist eine Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit der Zündaussetzer auf der Basis der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Ionenstromes erfasst werden können. Der Ionenstrom wird durch eine Verbrennung hervorgerufen, indem man eine Spannung an Zündkerzen der Brennkraftmaschine anlegt. Die Zündaussetzer-Abtastschaltung umfasst eine Strom-/Spannungs-Wandlereinheit, die wiederum einen Operationsverstärker aufweist, dessen invertierender Eingang mit einer Elektrode eines Kondensators auf der Niedrigpotentialseite und dessen nicht invertierender Eingang mit Masse verbunden ist. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine selbstdiagnosefähige Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile vermeidet und ein fahrzeuggerecht aufbereitetes lonenstrom-Meßsignal auf einfache Art und Weise liefert.
- Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
- Gemäß dem Anspruch 1 wird als Meßsignalkonverter ein Strom-/Spannungskonverter verwendet, der aus einem Operationsverstärker besteht. Der negative Eingang des Operationsverstärkers ist mit der Meßspannungserzeugungseinrichtung, dem Zündstrombypass und über einen Widerstand mit dessen Ausgang, welcher das Meßsignal liefert, verbunden. Der positive Eingang des Operationsverstärkers liegt auf einem leicht erhöhten Potential. Zwar ist ein solcher Stromspannungskonverter in Form eines Schnittstellenkonverters, beispielsweise aus Tietze, Schenck, 9. Aufl., Seite 366, bekannt. Doch wird diese Schaltung normalerweise zur Anpasnung einer Stromschnittstelle mit regelbarem eingeprägten Strom an eine Spannungsschnittstelle verwendet. In diesem Fall wirkt die Schaltung als Stromsenke. Vorliegend wird die Schaltung jedoch in Verbindung mit einer eingeprägten Konstantspannungsquelle, nämlich der lonenmeßspannungserzeugungseinrichtung, verwendet und fungiert daher als Stromquelle für den Ionenstrom. Solange der Operationsverstärker nicht in seiner Sättigung arbeitet, besteht ein lineares Verhältnis zwischen dem Brennraum-Meßstreckenleitwert und dem Ausgang des Operationsverstärkers, der direkt die Meßspannung darstellt.
- Der Vorteil gegenüber einer Lösung mit einem Meßwiderstand ist eine fortwährend positive Spannung. Darüber hinaus liegt der Meßknoten, also der negative Eingang des Operationsverstärkers, virtuell auf Masse, d. h. die gesamte Kondensatorspannung liegt über der Brennraum-Meßstrecke an, so daß die Messung nicht den zu messenden Leitwert verfälscht.
- Weitere Vorteile und Merkmale sind in den Unteransprüchen definiert.
- Eine besondere Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei soll das Ausführungsbeispiel nur zum Verständnis der Erfindung dienen und in keiner Weise schutzbegrenzend wirken.
- Die Zeichnungen zeigen in
- Fig. 1
- eine schematische Übersicht einer Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms gemäß der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 2
- eine erste Ausführungsform einer an sich bekannten Strommeßspannungserzeugungseinrichtung,
- Fig. 3
- eine zweite Ausführungsform einer an sich bekannten Ionenmeßspannungserzeugungseinrichtung,
- Fig. 4
- eine mögliche Ausführungsform eines Zündstrombypasses sowie einer Schutzschaltung, welche ebenfalls an sich bekannt sind,
- Fig. 5
- eine mögliche Ausführungsform eines Strom-/Spannungskonverters,
- Fig. 6
- eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strom-/Span-nungskonverters mit Diagnoseschaltung und optionaler Bandbegrenzung und,
- Fig. 7
- eine erste Ausführungsform einer an sich bekannten Filterstufe,
- Fig. 8
- eine zweite Ausführungsform einer aktiven Filterstufe,
- Fig. 9
- eine erste Ausführungsform eines Ausgangstreibers und
- Fig. 10
- eine zweite Ausführungsform eines Ausgangstreibers in Form einer Stromschnittstelle.
- In
Fig. 1 ist eine schematische Übersicht über eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms dargestellt. Diese Vorrichtung umfaßt eine Ionenstrommeßspannungserzeugungseinrichtung 1, einen Zündstrombypass 2, der zu einer Schutzschaltung 3 und einem Strom-/Spannungskonverter 4 parallelgeschaltet ist. Der Strom-/Spannungskonverter 4 wiederum ist in Reihe mit einer Filterstufe 5 und einem optionalen zusätzlichen Ausgangstreiber 6 geschaltet. - Die lonenstrom-Meßspannungserzeugungseinrichtung 1 ist über eine Schnittstelle Schn_Z mit einem Zündsystem verbunden, welches nicht näher dargestellt ist. Auf der anderen Seite ist die Meßspannungserzeugungseinrichtung 1 über eine Schnittstelle 1a mit dem Zündstrombypass 2, der Schutzschaltung 3 und dem Strom-/Spannungskonverter 4 verbunden. Die Schnittstellen 4-5, 5-6 und ECU definieren die Verbindungen zwischen den entsprechenden Vorrichtungsteilen dar.
- Die einzelnen Vorrichtungsteile, nämlich die Meßspannungserzeugungseinrichtung 1, den Zündstrombypass 2, die Schutzschaltung 3, der Strom-/Spannungskonverter 4, die Filterstufe 5 und der optionale Ausgangstreiber 6 sind nachfolgend in den
Fig. 2 bis 10 anhand von Schaltdiagrammen näher dargestellt. - In
Fig. 2 ist eine an sich bekannte Ausführungsform einer Meßspannungserzeugungseinrichtung 1 dargestellt. Diese besteht im wesentlichen aus einer Zündvorrichtung, die eine Zündspule L1, ein Steuergerät, hier in Form eines Transistors T1, und eine Zündkerze X1 umfaßt. Die Zündkerze X1 sowie der Transistor T1 sind auf Masse gelegt. Der Transistor ist kollektorseitig mit der Primärwindung der Spule L1 verbunden, welche wiederum an eine Versorgungsspannung Ub angelegt ist. Wie ausFig. 2 deutlich wird, können mehrere dieser Zündanordnungen in Reihe geschaltet sein. Die Sekundärwicklung der Spule L1 ist zum einen mit der Zündkerze X1, zum anderen mit der sekundärseitigen Masserückführung 4a verbunden, die eine Parallelschaltung eines Speicherkondensators Cs und einer oder mehrerer Zenerdioden Dz bewirkt. Mit Z_S ist dabei die Schnittstelle zum Zündsystem bezeichnet. Mit 1a ist die bereits ausFig. 1 bekannte Schnittstelle bezeichnet. - Die Größen L2, T2, X2 bezeichnen die Teile einer zweiten, parallelen Zündanordnung.
- In
Fig. 3 ist eine andere Ausgestaltung einer an sich bekannten Meßspannungserzeugungseinrichtung 1 dargestellt, wobei die mitFig. 2 übereinstimmenden Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen. Diese zweite Ausführungsform einer Meßspannungserzeugungseinrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einer primärseitigen Ladeschaltung mit mindestens einer Niederspannungsdiode DL und einem damit in Reihe geschalteten Widerstand RL, der einen gemeinsamen Knoten mit mindestens einer Hochspannungsdiode Dh zur Hochspannungsseite mindestens einer Zündkerze X1, Xx aufweist. Ferner ist eine Parallelschaltung eines Speicherkondensators Cs und einer oder mehrerer Zenerdioden Dz vorgesehen. Die Kathoden der Hochspannungsdioden Dh bilden je einen gemeinsamen Knoten mit der Hochspannungsseite UH1 ...... UHX der zugehörigen Zündspule, L1 .... Lx. - Die Anoden der Niederspannungsdioden DL bilden je einen gemeinsamen Knoten, mit dem masseseitigen Anschluß UL1 ...... ULX der Primärseite der zugehärigen Zündspule L1........Lx.
- In
Fig. 4 ist eine an sich bekannte Ausführungsform eines Zündstrombypasses (Bezugszeichen 2 inFig. 1 ) und einer Schutzschaltung (Bezugszeichen 3 inFig. 1 ) dargestellt. Die gesamten Anordnung besteht vorliegend aus einer Zünddiode Dzs und mindestens einer invers dazu verschaltenden Zünddiode Ds. Vorliegend sind zwei in Reihe geschaltete Schutzdioden Ds vorgesehen. Der Zündstrombypass ist vor allem in der ersten Zündphase von Bedeutung. - In
Fig. 5 ist eine Ausführungsform eines Strom-/Spannungskonverters 4 dargestellt. Der Strom-/Spannungskonverter 4 umfaßt einen Operationsverstärker OP, welcher mit seinem negativen Eingang mit der Meßspannungserzeugungseinrichtung 1 und dem Zündstrombypass 2 verbunden ist. Ferner ist der negative Eingang des Operationsverstärkers über einen Widerstand Rq mit dessen Ausgang, der im wesentlichen das Meßsignal liefert, verbunden. Der positive Eingang des Operationsverstärkers liegt vorliegend auf Masse. Alternativ kann er auch auf einem leicht erhöhten Potential liegen. - In der Ausführungsform gemäß
Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßer Strom-/Spannungskonverter dargestellt, der (gegenüber demjenigen inFig. 5 ) optional einen zu dem Widerstand Rq parallelgeschalteten Kondensator Ctp aufweist, welche eine frühe Bandbegrenzung bewirkt. Im übrigen ist eine Diagnose-Offset-Schaltung in Form von mindestens einem Vorwiderstand Rv und einer SchottkyDiode Do vorgesehen. Der zur SchottkyDiode Do parallelgeschaltete Kondensator Co verbessert vorliegend die Stabilität der Offset-Spannung, ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Offset-Schaltung kann alternativ auch durch einen Spannungsteiler eine Zener-Spannung oder eine Referenz-Spannungsquelle erzeugt werden. - Die vorliegende Verwendung des Strom-Spannungskonverters 4 stellt sicher, daß die gemessene Spannung immer positiv ist. Im übrigen liegt der negative Eingang des Operationsverstärkers virtuell auf Masse, so daß die gesamte Kondensatorspannung über der Brennraum-Meßstrecke anliegt und die Messung des Gleitwertes nicht verfälscht wird. Die vorliegende Schaltung gemäß der
Fig. 5 und 6 wirkt als Stromquelle für den Ionenstrom unter Verwendung der lonenstrom-Meßspannungserzeugungsvorrichtung als Konstantstromquelle. Über den Rückkoppelwiderstand Rq wird das Strom-/Meßspannungsübersetzungsverhältnis eingestellt. Solange also der Operationsverstärker nicht in seiner Sättigung arbeitet, besteht ein lineares Verhältnis zwischen dem Brennraum-Meßstreckenleitwert und dem Ausgang des Operationsverstärkers, der direkt die Meßspannung darstellt. - In
Fig. 7 ist eine erste an sich bekannte Ausführungsform der Filterstufe 5 dargestellt. Eine solche Filterstufe sollte vorzugsweise mit einem Ausgangstreiber 6 zur Entkoppelung verwendet werden. Ein entsprechender Ausgangstreiber ist inFig. 9 dargestellt. Durch die Entkopplung wird eine Störeinstrahlungsfestigkeit sichergestellt. - Alternativ kann jedoch eine aktive Filterstufe, wie sie in
Fig. 8 dargestellt ist, verwendet werden. Diese Filterstufe bildet einen Tiefpaß R5, C5 zweiter bis dritter Ordnung (vgl. Tietze, Schenck, 9. Aufl., Seite 419) und kann gleichzeitig als Anti-Aliasing-Filter für eine digitale Signalverarbeitung in der Verbrennungsregeleinheit (ECU) dienen. Eine aktive Filterstufe, wie sie inFig. 8 verwendet ist, bietet in Kombination mit einer Strom-Spannungskonvertierungseinrichtung, wie sie inFig. 6 dargestellt ist, eine kostengünstige Realisierung der Erfindung, die ein großes Maß an Flexibilität für die Applikation bietet. - Natürlich ist alternativ auch eine Bandpaßlösung vorstellbar, wenn es um eine reine Klopferkennung geht und dann evtl. die gleichen Anteile des Meßsignals irrelevant werden.
- In
Fig. 9 ist eine optionale Treiberstufe in einer ersten Ausführungsform dargestellt. - Bevorzugt sollte jedoch eine Stromschnittstelle, wie sie in
Fig. 10 dargestellt ist, eingesetzt werden (vgl. dazu auch Tietze, Schenck, 9. Aufl., Seite 369). Eine Stromschnittstelle bietet nämlich den Vorteil, daß mögliche Potentialversätze zwischen dem brennraumnahen Steuergerät und der Verbrennungsregeleinheit einen geringeren Einfluß auf die Signalübertragung haben. - Eine Anordnung der Gesamtschaltung ist vorzugsweise in Brennraum- und Zündspulennähe aus Störaussendungsgründen anzustreben. Andernfalls müßten die Massen der Hochspannungsseite über längere Strecken im Motorraum geführt werden. Idealerweise integriert man die kompakte Schaltung allein oder in Verbindung mit der oder den zugehörigen Zündspulen auf der Zündspule oder in einem zu einer Zylindergruppe gehörenden Anbausteuergerät in Brennraum- und Zündspulnähe.
- Die vorliegende Erfindung bietet eine einfache Möglichkeit zur Erzeugung eines fahrzeuggerecht aufbereiteten lonenstrom-Meßsignals.
Claims (4)
- Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstromes für eine Brennkraftmaschine, umfassend:eine Meßspannungserzeugungseinrichtung (1),einen mit der Meßspannungserzeugungseinrichtung (1) verbundenen Zündstrombypass (2) undeinen mit der Meßspannungserzeugungseinrichtung (1) und dem Zündstrombypass (2) verbundenen Meßsignalkonverter (4),wobei als Meßsignalkonverter (4) ein Strom-/Spannungskonverter verwendet wird, der aus einem Operationsverstärker besteht, dessen negativer Eingang mit der Meßspannungserzeugungseinrichtung (1), dem Zündstrombypass (2) und über einen Widerstand mit dessen Ausgang, welcher das Meßsignal liefert, verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der positive Eingang des Operationsverstärkers auf einem leicht erhöhten Potential liegt, so dass ein Potentialversatz am positiven Eingang des Operationsverstärkers vorgesehen ist, der zur Diagnose der Schaltung verwendet wird. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Strom-/Spannungskonverters mit einer Filterstufe (5), insbesondere einer aktiven Filterstufe, verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangstreiber (6) vorgesehen ist, der mit dem Ausgang der Filterstufe (5) verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstreiber (6) als Stromschnittstelle ausgebildet ist.
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EP1054154A3 EP1054154A3 (de) | 2002-08-21 |
EP1054154B1 true EP1054154B1 (de) | 2010-01-20 |
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