EP1054154B1

EP1054154B1 - Device for the measuring of an ion current for an internal-combustion engine

Info

Publication number: EP1054154B1
Application number: EP20000107750
Authority: EP
Inventors: Detlef Dr. König; Hans-Joachim Wetzel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: DE19922747C2; DE19922747A1; EP1054154A2; DE50015847D1; EP1054154A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Ionenstroms für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for detecting an ion current for an internal combustion engine according to the preamble of claim 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.In an internal combustion engine, 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.

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 der DE 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. Die DE 41 38 823 C2 sowie die JP 11 037 028 A zeigen, daß man den entstehenden Ionenstrom auch mit einem Shunt-Widerstand in ein Spannungssignal umwandeln kann. In der 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 der DE 197 33 356 A1 ist eine Erweiterung des letzten Vorschlags für Zylindergruppen und Einzelzündspulen beschrieben.To detect the ion current, it is generally known to forward an unfiltered voltage-continuous analog signal to an evaluation device. So it is from the US 4,359,893 and the DE 33 39 569 A1 known to use a capacitor-zener diode combination for field generation. This can be during or before (cf. DE 197 33 356 A1 ) of the ignition phase are charged. The DE 41 38 823 C2 as well as the JP 11 037 028 A show that you can convert the resulting ion current with a shunt resistor into a voltage signal. In the DE 41 38 823 C2 It is proposed to arrange the measuring arrangement in connection with a circuit breaker on a spark plug and forward the unfiltered voltage signal to a combustion control unit (hereinafter called ECU). It will about it In addition, it is also suggested alternatively to use a measuring arrangement for all cylinders. In the DE 197 33 356 A1 is an extension of the last proposal for cylinder groups and Einzelzündspulen described.

Allen vorgenannten Anordnungen ist gemein, daß sie nur bedingt in einer Fahrzeugumgebung einsetzbar sind, da das Ionenstromsignal im µA-Bereich liegt.All of the above arrangements have in common that they can only be used to a limited extent in a vehicle environment, since the ion current signal is in the μA range.

Einen anderen Ansatz verfolgen die Ausführungsformen in der DE 197 34 039 A1 , DE 197 33 869 A1 und DE 197 30 362 A1 . Gemäß diesen Veröffentlichungen wird ein spannungskontinuierliches Analogsignal in eine spannungsdiskrete Impulsfolge umgewandelt und zur weiteren Auswertung an die Verbrennungsregeleinheit übermitteilt. Die DE 197 30 362 A1 verwendet hierzu eine Komperatorschaltung, deren Schwellwert von der Verbrennungsregeleinheit über eine Spannungsschnittstelle einstellbar ist. Die DE 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. Die DE 197 34 039 A1 verwendet eine Pulserzeugungsvorrichtung zur Verbrennungsaussetzererkennung. Die DE 197 34 039 A1 und die DE 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.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.

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.Moreover, the use of 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. Moreover, 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.

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.From the US 5,675,072 A An ion current detection device is known in which the positive input of the operational amplifier of a measuring converter is at ground potential and in which the alternating components of the measuring converter signal are separated via a downstream circuit arrangement. However, this device also allows only a very limited diagnosis of the combustion process.

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.From the EP 0 615 067 A2 there is known a misfire apparatus and method for detecting a misfire in which an ignition current is measured in an ignition system. According to one embodiment, 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.

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.From the DE 195 02 402 A1 For example, 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.

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.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.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in claim 1.

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.According to claim 1 is used as Meßsignalkonverter a current / voltage converter, which consists of an operational amplifier. The negative input of the operational amplifier is connected to the Meßspannungserzeugungseinrichtung, 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. Although such a voltage converter in the form of an interface converter, for example, from Tietze, Schenck, 9th ed., Page 366, known. However, 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. However, in the present case, 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. As long as 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.

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.The advantage over a solution with a measuring resistor is a continuously positive voltage. In addition, 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.

Weitere Vorteile und Merkmale sind in den Unteransprüchen definiert.Further advantages and features are defined in the subclaims.

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.A particular embodiment of the invention will be explained in more detail below and with reference to the accompanying drawings. In this case, the embodiment should only serve to understand the invention and in no way have a protective effect.

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.

The drawings show in

Fig. 1: a schematic overview of an apparatus for detecting an ion current according to the present invention,
Fig. 2: a first embodiment of a current measurement voltage generating device known per se,
Fig. 3: A second embodiment of a known Ionenmeßspannungserzeugungseinrichtung,
Fig. 4: a possible embodiment of a Zündstrombypasses and a protection circuit, which are also known per se,
Fig. 5: a possible embodiment of a current / voltage converter,
Fig. 6: A possible embodiment of a current / voltage converter according to the invention with diagnostic circuit and optional band limitation and,
Fig. 7: A first embodiment of a filter stage known per se,
Fig. 8: a second embodiment of an active filter stage,
Fig. 9: a first embodiment of an output driver and
Fig. 10: a second embodiment of an output driver in the form of a current interface.

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.In Fig. 1 is a schematic overview of a device according to the invention for detecting an ion current shown. This device comprises a Ionenstrommeßspannungserzeugungseinrichtung 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.

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.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. On the other hand, 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.

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.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.

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 aus Fig. 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 aus Fig. 1 bekannte Schnittstelle bezeichnet.In Fig. 2 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.

Die Größen L2, T2, X2 bezeichnen die Teile einer zweiten, parallelen Zündanordnung.The quantities L2, T2, X2 designate the parts of a second, parallel ignition arrangement.

In Fig. 3 ist eine andere Ausgestaltung einer an sich bekannten Meßspannungserzeugungseinrichtung 1 dargestellt, wobei die mit Fig. 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.In 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.

Die Anoden der Niederspannungsdioden DL bilden je einen gemeinsamen Knoten, mit dem masseseitigen Anschluß UL1 ...... ULX der Primärseite der zugehärigen Zündspule 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.

In Fig. 4 ist eine an sich bekannte Ausführungsform eines Zündstrombypasses (Bezugszeichen 2 in Fig. 1) und einer Schutzschaltung (Bezugszeichen 3 in Fig. 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. 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 ). In the present case, the entire arrangement consists of an ignition diode Dzs and at least one ignition diode Ds connected inversely thereto. In the present case, two series-connected protective diodes Ds are provided. The Zündstrombypass is especially important in the first ignition phase.

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 Fig. 5 an embodiment of a current / voltage converter 4 is shown. The 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.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßer Strom-/Spannungskonverter dargestellt, der (gegenüber demjenigen in Fig. 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.In the embodiment according to Fig. 6 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.

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.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-Meßstreckenleitwert and the output of the operational amplifier, which is directly the measurement voltage.

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 in Fig. 9 dargestellt. Durch die Entkopplung wird eine Störeinstrahlungsfestigkeit sichergestellt.In 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.

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 in Fig. 8 verwendet ist, bietet in Kombination mit einer Strom-Spannungskonvertierungseinrichtung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, eine kostengünstige Realisierung der Erfindung, die ein großes Maß an Flexibilität für die Applikation bietet.Alternatively, however, 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.

Natürlich ist alternativ auch eine Bandpaßlösung vorstellbar, wenn es um eine reine Klopferkennung geht und dann evtl. die gleichen Anteile des Meßsignals irrelevant werden.Of course, alternatively, a bandpass solution is conceivable when it comes to a pure knock detection and then possibly the same proportions of the measured signal are irrelevant.

In Fig. 9 ist eine optionale Treiberstufe in einer ersten Ausführungsform dargestellt.In Fig. 9 an optional driver stage is shown in a first embodiment.

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.However, 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.

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.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 Zündspulnähe.

Die vorliegende Erfindung bietet eine einfache Möglichkeit zur Erzeugung eines fahrzeuggerecht aufbereiteten lonenstrom-Meßsignals.The present invention offers a simple possibility for generating a vehicle-adapted ion current measurement signal.

Claims

A device for detecting an ion current for an internal combustion engine, comprising:
a measurement voltage generator (1), an ignition current bypass (2) connected to the measurement voltage generator (1) and a measurement signal converter (4) connected to the measurement voltage generator (1) and the ignition current bypass (2), wherein a current/voltage converter is used as the measurement signal converter (4) and consists of an operational amplifier, the negative input of which is connected to the measurement voltage generator (1), the ignition current bypass (2) and, via a resistor, to the output thereof, which supplies the measurement signal, characterised in that the positive input of the operational amplifier is at a slightly elevated potential, so a potential offset is provided at the positive input of the operational amplifier, which is used to diagnose the circuit.
A device according to claim characterise in that the output of the current/voltage converter is connected to a filler stage (5), more especially an active filter stage.
A device according to claim 2, characterised in that an output driver (6) is provided, which is connected to the output of the filter stage (5).
A device according to claim 3, characterised in that the output driver (6) is configured as a current interface.