DE4233224C2 - Vorrichtung zum Erfassen der Verbrennung des Gemisches in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Verbrennung des Gemisches in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 5 eine Vorrichtung zum Erfassen der Verbrennung des Gemisches beschrieben, welche von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung offenbart worden ist.

Fig. 5 zeigt eine Zündspule 1 mit einer Primärwicklung 1a und einer Sekundärwicklung 1b, einen Leistungstransistor 2, der zwischen der Primärwicklung 1a und Masse liegt, um den Primärstrom zu steuern, und eine Zündkerze 3, die mit einem der beiden Anschlüsse der Sekundärwicklung 1b verbunden ist, an dem eine Zündhochspannung auftritt.

Weiterhin ist ein Kondensator mit dem anderen Anschluß der Sekundärwicklung 1b verbunden, nämlich auf der Seite positiver Polarität. Ein Widerstand 5 ist zwischen dem Kondensator 4 und Masse angeschlossen, um einen Ionenstrom in eine Spannung umzuwandeln. Eine Diode 6 ist parallel zum Widerstand 5 geschaltet. Eine Zenerdiode 7 ist zwischen dem anderen Anschluß der Sekundärwicklung 1b und einer Spulenleistungsquelle 10 angeschlossen. Ein Wechselstromkoppler 8 erhält nur eine Wechselstromkomponente von einer Spannung, die sich über dem Widerstand 5 entwickelt. Ein Komparator 9 vergleicht einen vom Wechselstromkoppler 8 gelieferten Spannungswert mit einem vorbestimmten Vergleichswert, und ein Ausgangssignal 11a des Komparators 9 liefert ein Plussignal, wenn ein Ionenstrom erfaßt wird.

Die so aufgebaute Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Wenn zum Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine der Leistungstransistor 2 nichtleitend gemacht wird (ausgeschaltet wird), um den Primärstrom der Primärwicklung 1a auszuschalten, wird eine Zündhochspannung negativer Polarität in die Sekundärwicklung 1b induziert, so daß eine Funkenentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 auftritt, um das Kraftstoff/Luft-Gemisch in einem Zylinder der Brennkraftmaschine zu verbrennen. Dabei findet eine Ionisierung statt, wobei Ionen gebildet werden, wenn das Gemisch brennt. In diesem Fall wirken die Elektroden der Zündkerze 3 als Elektroden zur Erfassung eines Ionenstromes nach dem Auftreten der Funkenentladungen. Die Spannung positiver Polarität des Kondensators 4 bewegt Elektronen, so daß ein Ionenstrom fließt. Wenn der Ionenstrom auf diese Art und Weise fließt, entwickelt sich eine Spannung über dem Widerstand 5. Die Wechselstromkomponente der so entwickelten Spannung wird durch den Komparator 9 erfaßt, wo sie mit dem vorbestimmten Vergleichsniveau verglichen wird, woraus resultierend ein Pulssignal an dem Ausgangsanschluß 11a geschaffen wird. Das Pulssignal wird erfaßt, um die Verbrennung des Gemisches zu bestätigen.

Diese Vorrichtung hat in den folgenden Punkten Nachteile:

Wenn die Zündspule 1 angeregt (eingeschaltet) und abgeregt (ausgeschaltet) wird, werden Rauschpulse in dem Ionenstromerfassungspfad durch die elektromagnetische Induktion der Zündspule 1 erzeugt. Das heißt, mit dieser Vorrichtung werden nicht nur Pulse erfaßt, wenn das Gemisch brennt, sondern auch wenn es nicht brennt (Fehlzündung). Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, ist es notwendig, zusätzlich eine Einrichtung vorzusehen, um anhand der Breite des erfaßten Pulses zu bestimmen, ob das Gemisch verbrannt worden ist. Das heißt, bei der herkömmlichen Vorrichtung ist das Bestimmen, ob das Gemisch verbrannt worden ist, ziemlich kompliziert und wenig zuverlässig.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen der Verbrennung des Gemisches in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, die aus der DE 39 34 310 A1 bekannt ist, umfaßt einen Ionenstromdetektor, der zur Erfassung eines Ionenstroms mit der Sekundärseite einer Zündspule verbunden ist. Ein Ausgangssignal des Ionenstromdetektors wird über ein Torglied an einen Eingang eines Komparators angelegt, dessen anderem Eingang eine Vergleichsspannung zugeführt ist. Ein Ausgangssignal des Komparators ist einem Zündaussetzerdiskriminator zugeführt, der eine Kraftstoffzufuhr-Regelvorrichtung beaufschlagt.

Um das Ausgangssignal des Ionenstromdetektors für eine bestimmte Zeit nach der Zündung zu maskieren, wird das Torglied von einem Torsteuerkreis angesteuert, dem ein Signal von einer die Primärseite der Zündspule beaufschlagenden Zündvorrichtung zugeführt ist.

Bei einer anderen bekannten Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen (DE 33 42 723 C2) wird ein Plasmastromkreis zum Messen eines über die Elektroden einer Zündkerze fließenden Diodenstromes über einen Widerstand gespeist. An die Elektroden der Zündkerzen ist dabei ein Schutzwiderstand angeschlossen, an dessen ein in der Höhe des Ionenstroms entsprechendes Ausgangssignal auftritt. Dieses Ausgangssignal wird einem Motorsteuersystem zugeführt.

Um Störimpulse zu vermeiden, ist eine Schaltervorrichtung vorgesehen, die den ersten Widerstand während der Zündspitzen überbrückt und den Plasmastromkreis gegenüber Massepotential niederohmig macht.

In der nicht vorveröffentlichten DE 41 32 858 A1 ist eine Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Ionenstromerfassungsvorrichtung beschrieben, deren Ausgangssignal an einen von einer Referenzspannung beaufschlagten Komparator angelegt ist. Das Ausgangssignal des Komparators ist über eine Torschaltung an eine Zählereinrichtung zur Erfassung von Zündaussetzern angelegt.

Die Torschaltung wird über einen mit der Sekundärseite einer Zündspule verbundenen Steuerkreis angesteuert.

Schließlich ist es bekannt, zur Klopferkennung einen Ionenstrom an Zündkerzen von Otto-Motoren zu messen (MTZ, 51, 1990, Seiten 118-122). Dazu wird ein auf einer Ionenstrommeßleitung anstehendes Signal über eine Eingangsinduktivität, einen Isolationsverstärker, ein Hochpaßfilter, ein Meßfenster, ein Bandpaßfilter, einen Verstärker, einen Gleichrichterintegrator und einen A/D- Wandler einem Mikroprozessor zugeführt. Das Meßfenster wird dabei vom Mikroprozessor gesteuert, um den für eine Klopferkennung interessierenden Anteil des Ionenstromrohsignals zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen der Verbrennung des Gemisches in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine zuverlässige und genaue Erfassung von Fehlzündungen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird also die Maskiereinrichtung mit dem Zündsignal angesteuert, wobei auf diese Ansteuerung hin das Ausgangssignal der Ionenstromerfassungseinrichtung für eine vorbestimmte weitere Zeitdauer auch von dem Zeitpunkt an gesperrt wird, zu dem zu Beginn des Zündsignals der Strom durch die Primärwicklung der Zündspule eingeschaltet wird.

Auf diese Weise lassen sich Störimpulse, welche durch das Ein- und Ausschalten des Primärstroms der Zündspule erzeugt werden, einfach und sicher unterdrücken.

Die Natur, das Prinzip und die Nützlichkeit der Erfindung werden klarer verstanden werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1(a) und 1(b) Schaltkreisdiagramme, zum Teil als Blockdiagramme, für eine Beschreibung des Betriebs eines Beispiels einer Vorrichtung zum Erfassen der Verbrennung eines Gemisches in einer Brennkraftmaschine, welche eine erste Ausführungsform der Erfindung dem Aufbau nach darstellt;

Fig. 2(a), 2(b), 2(c), 2(d) und 2(e) Zeitdiagramme für eine Beschreibung des Betriebs der in Fig. 1(a) und 1(b) gezeigten Vorrichtung;

Fig. 3(a) und 3(b) Schaltkreisdiagramme, teilweise als Blockdiagramme, für eine Beschreibung des Betriebs eines weiteren Beispiels der Vorrichtung zum Erfassen der Verbrennung eines Gemisches in einer Brennkraftmaschine, welche eine zweite Ausführungsform der Erfindung dem Aufbau nach darstellt;

Fig. 4(a), 4(b), 4(c), 4(d) und 4(e) Zeitdiagramme für eine Beschreibung des Betriebs der in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigten Vorrichtung; und

Fig. 5 ein Schaltkreisdiagramm, zum Teil als Blockdiagramm, das die Anordnung einer herkömmlichen Vorrichtung zum Erfassen der Verbrennung eines Gemisches in einer Brennkraftmaschine zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden beschrieben werden mit Bezug auf die begleitende Zeichnung.

Eine Ionenstromerfassungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, wobei Teile, die funktionell denen entsprechen, die im Zusammenhang mit Fig. 5 (Stand der Technik) beschrieben worden sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.

In Fig. 1 invertiert ein Inverter 11 ein an die Basis des Leistungstransistors 2 angelegtes Signal. Ein monostabiler Schaltkreis 12 empfängt die Ausgabe des Inverters 11, um einen Puls für eine vorbestimmte Zeitspanne von der Zeit der Abregung (Ausschalten) der Zündspule 1 zu erzeugen. Ein weiterer monostabiler Schaltkreis 14 empfängt das Basissignal des Leistungstransistors 2, um einen Puls für eine vorbestimmte Zeitspanne von der Zeit der Anregung (Einschalten) der Zündspule 1 an zu erzeugen. Ein NOR-Schaltkreis 13 empfängt die Ausgänge dieser monostabilen Schaltkreise 12 und 14. Ein NAND-Schaltkreis 15 empfängt die Ausgaben des Komparators 9 und des NOR-Schaltkreises 13. Ein Inversionsverstärker 16 unterwirft die Ausgabe des NAND-Schaltkreises 15 einer Inversion und einer Verstärkung, um ein Verbrennungsbestimmungs-Erfassungssignal an seinem Ausgangsanschluß 17 zu schaffen.

Der Betrieb der so aufgebauten Vorrichtung wird mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.

Zur Zeit der Zündung der Brennkraftmaschine wird eine Zündhochspannung negativer Polarität (etwa -10 bis -25 KV) in der Sekundärwicklung 1b erzeugt. Daraus resultierend fließt ein Entladungsstrom in den Pfad (Zündkerze 3, Sekundärwicklung 1b, Zenerdiode 7), der durch den Pfeil mit der Einpunkt-Kettenlinie in Fig. 1(a) dargestellt ist, so daß eine Funkenentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 auftritt, um das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Motor zu verbrennen.

Andererseits lädt der Entladungsstrom den Kondensator 4, so daß der letztere wie gezeigt polarisiert ist. Die Ladespannung des Kondensators 4 kann bestimmt werden aufgrund eines Wertes der Zenerdiode 7.

Bei diesem Betrieb, ähnlich wie im Fall der herkömmlichen Vorrichtung, findet Ionisation statt, wenn das Gemisch verbrannt wird, und Ionen werden gebildet. In diesem Fall bewegt die Spannung positiver Polarität des Kondensators 4 Elektronen, so daß ein Ionenstrom in dem Pfad fließt (Widerstand 5, Kondensator 4, Sekundärwicklung 1b, Zündkerze 3), der angedeutet ist durch den Pfeil mit der Einpunkt-Kettenlinie in Fig. 1(b). Wenn der Ionenstrom so fließt, entwickelt sich eine Spannung über dem Widerstand 5. Die Wechselstromkomponente der Spannung wird erfaßt durch den Wechselstromkoppler 8 und wird verglichen mit dem Vergleichswert im Komparator 9, um einen Erfassungspuls zu schaffen. Andererseits, ähnlich wie im Fall der herkömmlichen Vorrichtung, gibt der Komparator 9 Rauschpulse aus, wenn die Zündspule 1 angeregt (angeschaltet) und abgeregt (ausgeschaltet) wird.

Andererseits schafft der monostabile Schaltkreis 14 mit dem Zeittakt, in dem der Leistungstransistor 2 leitend gemacht wird (eingeschaltet wird), einen konstanten Zeitpuls; und mit dem Zeitablauf mit dem der Leistungstransistor 2 nichtleitend gemacht wird (ausgeschaltet wird), schafft der monostabile Schaltkreis 12 einen konstanten Zeitpuls. Die konstanten Zeitpulse, die geschaffen werden durch diese monostabilen Schaltkreise 12 und 14, werden angelegt an den NOR-Schaltkreis 13, so daß der letztere Schaltkreis 13 einen Puls ausgibt zum Maskieren des Erfassungspulses. Der Ausgangspuls des NOR-Schaltkreises 13 und der Ausgangspuls des Komparators 9 werden angelegt an den NAND-Schaltkreis 15, dessen Ausgang angelegt ist an den Inversionsverstärker 16, wo er Inversion und Verstärkung unterworfen wird. Daher werden nur die gesuchten wirklichen Erfassungspulse frei von den Rauschpulsen an den Ausgangsanschluß 17 des Inversionsverstärkers 16 geliefert. Das heißt, die Rauschpulse, welche erfaßt werden als Erfassungspulse, wenn die Zündspule 1 angeregt (eingeschaltet) und abgeregt (ausgeschaltet) wird, werden nicht an den Ausgangsanschluß 17 geliefert, und anstatt dessen wird der gesuchte wirkliche Erfassungspuls an den Ausgangsanschluß geliefert.

Der oben beschriebene Betrieb der Vorrichtung wird klarer erscheinen mit Bezug auf Fig. 2. Fig. 2(a) zeigt ein Zündsignal zum Antreiben der Zündspule. Fig. 2(b) zeigt einen Ionenstrom, der erzeugt wird, wenn das Gemisch verbrannt wird. Fig. 2(c) zeigt das Ausgabesignal des Komparators 9. Fig. 2(d) zeigt ein Rauschfilter-Ausgabepulssignal des NOR-Schaltkreises. Fig. 2(e) zeigt das Erfassungspulssignal am Ausgangsanschluß 17. Die in Fig. 2(c) und 2(d) gezeigten Ausgangspulssignale werden an den AND-Schaltkreis 15 angelegt, so daß die in Verbindung mit Anregung (Einschalten) und Abregung (Ausschalten) der Zündspule 1 erzeugten Rauschpulse aus dem Ausgangspulssignal beseitigt werden, das in Fig. 2(c) gezeigt ist. Daher wird bestimmt anhand der Gegenwart oder Abwesenheit des Erfassungssignals, ob die Gasmischung verbrannt wurde.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist so, wie in Fig. 3 gezeigt. Die zweite Ausführungsform ist unterschiedlich von der oben erwähnten Ausführungsform nur insofern, als daß der monostabile Schaltkreis 14 von Fig. 1 nicht bei der zweiten Ausführungsform angewandt wird. In Fig. 3 sind Teile, die funktionell denen entsprechen, welche schon beschrieben worden sind mit Bezug auf Fig. 1, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet (1 bis 13 und 15 bis 17). Fig. 3(a) und 3(b) entsprechen jeweils Fig. 1(a) und 1(b).

Der Betrieb der zweiten Ausführungsform wird beschrieben, wobei die Teile des Betriebs, welche gleich denen bei der ersten Ausführungsform sind, nicht erneut beschrieben werden.

Der Komparator 9 gibt ein Erfassungspulssignal aus. In diesem Fall mit dem Zeittakt, in dem der Leistungstransistor 2 nichtleitend gemacht wurde (ausgeschaltet wurde), erzeugt der monostabile Schaltkreis 12 einen konstanten Zeitpuls. Die Ausgangspulse des monostabilen Schaltkreises 12 und das Basissignal des Leistungstransistors 2 werden angelegt an den NOR-Schaltkreis 12, so daß dieser NOR-Schaltkreis 12 einen Puls ausgibt zum Maskieren des Erfassungspulses. Die Ausgabe des NOR-Schaltkreises 13 und die Ausgabe des Komparators 9 werden an den NAND-Schaltkreis 15 angelegt, so daß das Erfassungspulssignal vorgesehen ist am Ausgangsanschluß 17, welches erhalten wird durch Entfernen der Rauschpulse von dem Ausgangspulssignal des Komparators 9, welche erzeugt werden, wenn die Zündspule 1 angeregt (eingeschaltet) und abgeregt (ausgeschaltet) wird.

Der Betrieb der zweiten Ausführungsform wird klarer erscheinen von einem Zeitdiagramm von Fig. 4. Fig. 4(a) zeigt ein Zündsignal zum Antreiben der Zündspule. Fig. 4(b) zeigt einen Ionenstrom, der erzeugt wird, wenn die Gasmischung verbrannt wird. Fig. 4(c) zeigt das Ausgangspulssignal des Komparators 9 in Fig. 3. Fig. 4(d) zeigt ein Rauschfilter-Ausgangspulssignal des NOR-Schaltkreises 13 in Fig. 3. Fig. 4(e) zeigt das Erfassungspulssignal am Ausgangsanschluß 17.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Ionenstrom erfaßt durch Umwandlung in Spannung. Jedoch ist die Erfindung nicht dadurch eingeschränkt. Das heißt, irgendein anderes verwendbares Verfahren kann angewendet werden zur Erfassung des Ionenstroms.

Wie oben beschrieben, wird bei der Ionenstromerfassungsvorrichtung der Erfindung das Erfassungssignal des Ionenstroms maskiert für eine vorbestimmte Zeitspanne in den Ionenstromerfassungsintervallen und in den Intervallen, die verschieden sind von den Ionenstromerfassungsintervallen, so daß die Rauschpulse eliminiert werden von dem Erfassungspulssignal, welche erzeugt werden, wenn die Zündspule angeregt oder abgeregt wird. Daher kann leicht und genau bestimmt werden anhand der Gegenwart oder Abwesenheit des Erfassungssignals, ob das Gemisch verbrannt wurde.

Claims (4)

1. Mit einer Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen verbundene Vorrichtung zum Erfassen der Verbrennung des Gemisches in einem Zylinder der Maschine, wobei die Zündeinrichtung eine Zündspule (1) zum Erzeugen einer Zündhochspannung aufweist, die zur Zündung des Gemisches im Zylinder an eine Zündkerze (3) angelegt wird, sowie eine an die Primärwicklung (1a) der Zündspule (1) angeschlossen und mit einem von einer Zündsteuervorrichtung erzeugten Zündsignal beaufschlagte Schalteinrichtung (2) zum Einschalten des Stromes durch die Primärwicklung (1a) zu Beginn des Zündsignals und zum die Zündhochspannung hervorrufenden Unterbrechen des Stromes am Ende des Zündsignals,
mit einer mit der Zündkerze (3) verbundenen Ionenstromerfassungseinrichtung (4, 5, 6, 8, 9) zum Erfassen eines Ionenstromes, der an der Zündkerze (3) mit Hilfe einer in der Ionenstromerfassungseinrichtung (4, 5, 6, 8, 9) angeordneten Spannungsquelle (4) erzeugt wird, wenn das Gemisch im Zylinder verbrannt wird, und zur Abgabe eines den erfaßten Ionenstrom wiedergebenden Ausgangssignals,
mit einer Maskiereinrichtung (11, 12, 13, 14, 15), die auf Ansteuerung durch die Zündsteuervorrichtung hin das den erfaßten Ionenstrom wiedergebende Ausgangssignal für eine vorbestimmte Zeitdauer von dem Zeitpunkt an sperrt, zu dem am Ende des Zündsignals der Strom durch die Primärwicklung (1a) der Zündspule (1) unterbrochen und demzufolge an der Zündkerze (3) ein Zündfunke erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Maskiereinrichtung (11, 12, 13, 14, 15) von der Zündsteuervorrichtung mit dem Zündsignal angesteuert wird und auf diese Ansteuerung hin das den erfaßten Ionenstrom wiedergebende Ausgangssignal für eine vorbestimmte weitere Zeitdauer auch von dem Zeitpunkt an sperrt, zu dem zu Beginn des Zündsignals der Strom durch die Primärwicklung (1a) der Zündspule (1) eingeschaltet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskiereinrichtung (11, 12, 13, 14, 15) einen vom Zündsignal über einen Inverter (11) beaufschlagten Schaltkreis (12) aufweist, der am Ende des Zündsignals ein die vorbestimmte Zeitdauer vorgebendes Zeitimpulssignal erzeugt, sowie einen unmittelbar vom Zündsignal beaufschlagten weiteren Schaltkreis (14), der zu Beginn des Zündsignals ein die vorbestimmte weitere Zeitdauer vorgebendes Zeitimpulssignal erzeugt, und daß beide Zeitimpulssignale über eine ODER- Logikschaltung (13) nacheinander die jeweilige Sperre des Ausgangssignals der nacheinander die jeweilige Sperre des Ausgangssignals der Ionenstromerfassungseinrichtung (4, 5, 6, 8, 9) bewirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskiereinrichtung (11, 12, 13, 14, 15) das Ausgangssignal der Ionenstromerfassungseinrichtung (4, 5, 6, 8, 9) vom Beginn bis zum Ende des Zündsignals als der vorbestimmten weiteren Zeitdauer sperrt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskiereinrichtung (11, 12, 13, 14, 15) einen vom Zündsignal über einen Inverter (11) beaufschlagten Schaltkreis (12) aufweist, der am Ende des Zündsignals ein die vorbestimmte Zeitdauer vorgebendes Zeitimpulssignal erzeugt und daß das Zündsignal und das Zeitimpulssignal über eine ODER-Logikschaltung nacheinander die jeweilige Sperre des Ausgangssignals der Ionenstromerfassungseinrichtung (4, 5, 6, 8, 9) bewirken.