DE4415768C2 - Vorrichtung zum Erkennen von Zündzeitpunkten eines Ottomotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Zum Bestimmen des Zündwinkels oder der Drehzahl von Otto­ motoren werden in der Regel die Zündzeitpunkte gemessen. Hierzu wird an ein Zündkabel eine Strom- oder Triggerzange gelegt, mit der induktiv eine dem Strom des Zündfunkens ent­ sprechende Spannung abgegriffen wird. In mehrzylindrigen Ottomotoren werden Zündanlagen mit sogenannter ruhender Hoch­ spannungsverteilung eingesetzt. Diese enthalten für Zylinder­ paare mit gleichen oberen Totpunktlagen, jedoch um eine Kur­ belumdrehung gegeneinander versetzten Arbeitsphasen ihrer Kolben eine gemeinsame Zündspule. Die Zündkerzen dieses Zy­ linderpaares liegen jeweils an einem Ende der gemeinsamen Zündspule. Ein Unterbrecher in der Primärwicklung der Zünd­ spule wird jedesmal bei Annäherung der Kolben des Zylinder­ paares an den oberen Totpunkt betätigt. Da die Zündkerzen beider Zylinder an die gleiche Zündspule angeschlossen sind, wird in einem der Zylinder die Zündung während des Verdich­ tungshubes und zugleich im anderen Zylinder ein Zündfunke in der Gaswechselphase erzeugt. Die Triggerzange greift daher an einem der die Zündspule mit den Zündkerzen verbindenden Zünd­ kabel zwei Zündimpulse ab, den echten Zündimpuls in der Kom­ pressionsphase wie auch den in der Gaswechselphase. Wenn beide Impulse gleiche Amplitude hätten, gäbe es zumindest für die Drehzahlmessung kein Problem. Tatsächlich induziert je­ doch das Zündereignis in der Gaswechselphase, abhängig von verschiedenen Faktoren, in der Triggerzange oft nur einen schwachen Impuls, so daß nicht immer mit einer Impulszahl, die gleich der Drehzahl ist, zu rechnen ist. Weitere Schwie­ rigkeiten ergeben sich dadurch, daß die Zündereignisse in anderen Zylinderpaaren Störimpulse in die Triggerzange und die daran angeschlossenen Leitungen induzieren.

Mit einem in der DE-PS 33 25 308 beschriebenen Zündsignal- Adapter wurde dieses Problem dadurch zu lösen versucht, daß zwei Triggerzangen an die beiden an eine Zündspule ange­ schlossenen Zündkabel gelegt und die von diesen Zangen abge­ gebenen Impulse additiv überlagert werden. Dadurch wird eine Folge von Impulsen etwa gleicher Amplitude erhalten, deren Frequenz gleich der Drehzahl ist. Eine entsprechende Vor­ richtung ist auch aus der US-PS 4 742 306 bekannt. Ein sol­ cher Zündsignal-Adapter hat allerdings den Nachteil, daß zwei Zangen nötig sind und daß die Zangen an die an eine Zündspule angeschlossenen Zündkabel gelegt werden müssen, was bei dem kompakten Aufbau heutiger Motoren und der häufig beschränkten Zugänglichkeit der Aggregate schwierig sein kann.

Es gibt Motoren, in denen die Zündkabel auf der Sekundärseite der Zündspule nicht oder so schwer zugänglich sind, daß eine Triggerzange nicht angelegt werden kann. Die Zündimpulse müs­ sen daher auf der Primärseite erfaßt werden.

Aus der DE-OS 34 00 787 ist eine Triggerzange zum induktiven Erfassen von Zündimpulsen bekannt, die einen aus zwei Schalen gebildeten Ferrit-Kern aufweist, wobei beide Kernhälften je­ weils eine Wicklung mit großer Windungszahl tragen. Aufgrund der hohen Induktivität der Triggerzange werden die kurzzeiti­ gen Zündimpulsköpfe mit großer Amplitude ausgeblendet und nur die darauf folgenden Impulse niedrigerer Amplitude und länge­ rer Dauer erfaßt.

Bei einer aus der DE-OS 32 46 243 bekannten Schaltung werden die erfaßten Zündsignale einer Hochfrequenzsperrkette zuge­ führt, deren Sperrfrequenz mit 1,3 kHz im Bereich der Wieder­ holungsfrequenz der Zündsignale liegt, wodurch diese einheit­ lich geformt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Erfassung von Zündsignalen die Impulse längerer Dauer auszuwerten, ohne daß jedoch hierzu Triggerzangen mit besonderem Aufbau er­ forderlich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 an­ gegebenen Merkmalen gelöst.

Die Amplituden der niederfrequenten Signalanteile der auf der Sekundärseite der Zündspule erfaßten und gemäß der vorliegen­ den Erfindung ausgewerteten Zündsignale von Anlagen mit ru­ hender Hochspannungsverteilung haben zwar eine wesentlich bessere Konstanz als die der hochfrequenten Anteile und sind daher zum Erkennen von Zündzeitpunkten besser geeignet; es treten aber dennoch beträchtliche Schwankungen zwischen den Amplituden beim Zünden in der Kompressionsphase und in der Gaswechselphase auf. Störimpulse mit im Vergleich zur Nutz­ signalamplitude erheblicher Größe treten allerdings nicht auf. Auf der Primärseite sind die Amplituden der nieder­ frequenten Signalanteile entsprechend dem Übersetzungs­ verhältnis der Zündspule ein Vielfaches größer als auf der Sekundärseite und außerdem weitgehend konstant. Es treten aber, bedingt durch die Einschaltströme des Unterbrechers, Störimpulse auf. Damit die neue Vorrichtung ohne weiteres an die Primär- oder an die Sekundärseite angeschlossen werden kann, werden nach einer Weiterbildung der Erfindung die Aus­ gangssignale der Erfassungseinrichtung, das ist im allgemei­ nen eine Triggerzange, über eine Schwellwertstufe mit von den Ausgangssignalen derart gesteuertem Schwellwert geführt, daß bei großer Amplitude der Schwellwert bezüglich der Amplitude hoch und bei kleiner Amplitude niedrig ist.

Die mit einer Triggerzange abgenommenen Impulse bestehen aus einem hohen, aber sehr kurzzeitigen Impuls von < 1 µs Dauer, an den sich ein relativ kleiner Impuls von ca. 1 ms Dauer an­ schließt. Mit der neuen Vorrichtung werden nicht, wie bisher üblich, die kurzzeitigen Impulse hoher Amplitude ausgewertet, sondern die niedrigen, länger dauernden Impulse. Dies kann mit einem Filter erreicht werden, dessen Durchlaßbereich im hauptsächlichen Frequenzspektrum der länger dauernden Impulse niedriger Frequenz liegt. Dieses Frequenzspektrum liegt im allgemeinen im Bereich von 10 bis 20 kHz. Als Filter kann daher ein Tiefpaß mit einer oberen Grenzfrequenz in dem genannten Frequenzbereich oder ein Bandpaß verwendet werden.

Eine andere Möglichkeit, nur die Impulse niedriger Amplitude mit niederfrequentem Frequenzspektrum auszuwerten, besteht in einem Zeitglied, das die eintreffenden Impulse erst nach ei­ ner Zeit durchschaltet, in der die hohen kurzzeitigen Impulse abgeklungen sind.

Besonders vorteilhaft ist es, die beiden Möglichkeiten zu kombinieren, also die Ausgangssignale der Erfassungseinrich­ tung erst über ein Filter, das im allgemeinen einen Durchlaß­ bereich im Frequenzbereich von 10 bis 20 kHz hat, und dann über ein Zeitglied zu leiten. Eine solche Kombination ist weitgehend sicher gegen Störimpulse, die von anderen Zünd­ spulen und Kabeln herrühren als denen, an denen gemessen wird. Es kann daher eine Triggerzange oder eine andere Erfas­ sungseinrichtung verwendet werden, die keine besondere Ab­ schirmung gegen Störimpulse aufweist.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung veranschaulicht ist, werden im folgenden die Erfin­ dung sowie Weiterbildungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Mit ZK1, ZK2 sind zwei Zündkerzen eines Ottomotors bezeich­ net, die in einem Zylinderpaar mit gleichen oberen Totpunkt­ lagen der Kolben, jedoch um eine Kurbelumdrehung gegeneinan­ der versetzten Arbeitsphasen sitzen. Sie liegen mit einer Elektrode an Masse, ihre anderen Elektroden sind mit den En­ den einer Sekundärwicklung W2 einer Zündspule ZS verbunden. Die Primärwicklung W1 der Zündspule ZS liegt in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T, der den Strom durch die Primärwicklung W1 zyklisch abschaltet, wodurch eine Hochspannung an der Sekundärwicklung W2 entsteht, die zu Zündfunken an den Zündkerzen ZK1, ZK2 führt, und zwar in ei­ nem Zylinder während des Verdichtungshubs, im anderen während des Gaswechsels. Derartige Anordnungen werden Zündanlagen mit ruhender Hochspannungsverteilung genannt. An das zur Zünd­ kerze ZK2 führende Zündkabel ist eine Triggerzange TZ gelegt, die induktiv den Zündstrom erfaßt. Sie liefert eine Reihe von Impulsen A, B, C, deren Verlauf im Diagramm a der Figur ver­ anschaulicht ist und die sich nach je zwei Kurbelwellenumdre­ hungen wiederholen. Mit A sind die Impulse bezeichnet, die zum Zünden der Kerze ZK2 während der Kompression im zugehöri­ gen Zylinder auftreten. Die Impulse B, die beim Zünden in der Gaswechselphase erfaßt werden, haben unterschiedliche Ampli­ tuden in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren. Die Impulse C sind Störimpulse, die beim Zünden in einem anderen Zy­ linderpaar in die Triggerzange TZ induziert werden. Jeder der Impulse A, B besteht aus einem kurzen hohen Impuls und einem nachfolgenden länger dauernden niedrigen Impuls. Die Ampli­ tudenunterschiede zwischen den Impulsen A, B beruhen unter anderem darauf, daß für hohe Frequenzen der Stromkreis mit den Zündkerzen ZK1, ZK2 durch parasitäre Kapazitäten unter Beteiligung der Sekundärwicklung W2 in zwei Stromkreise un­ terteilt ist. Für die niedrigen Impulse, deren Frequenz­ spektrum meistens im wesentlichen zwischen 10 und 20 kHz liegt, sind die parasitären Kapazitäten und die Induktivität der Wicklung W2 praktisch nicht wirksam, so daß diese Im­ pulse, unabhängig davon, in welchem Zylinder komprimiert wird und wo der Gaswechsel stattfindet, gleiche Amplitude und Breite haben.

Mit der neuen Vorrichtung werden diese niedrigen Impulse zum Erkennen der Zündung in dem Zylinderpaar mit den Zündkerzen ZK1, ZK2 herangezogen. Hierzu ist an die Triggerzange TZ ein Kondensator CD angeschlossen, der mit der Triggerzange TZ ei­ nen Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz bildet, die im Bereich zwischen 10 und 20 kHz liegt. Die niedrigen breiten Impulse stoßen diesen Resonanzkreis an, so daß eine abklin­ gende Schwingung entsteht (Diagramm b).

Die Triggerzange TZ kann, wie in der Zeichnung gestrichelt gezeichnet, auch an eine den Primärstrom der Zündspule ZS führende Leitung angeschlossen werden. Die dort erhaltenen niederfrequenten Anteile der Zündimpulse sind um etwa das Übersetzungsverhältnis der Zündspule ZS höher als die nieder­ frequenten Anteile der Impulse A, B auf der Sekundärseite. Im Gegensatz dazu treten aber Störimpulse mit im Vergleich zur Amplitude der Nutzimpulse erheblicher Amplitude auf. Zum Er­ kennen der primärseitigen Impulse und zum Unterdrücken der Störimpulse wird ein Schwellwert eingestellt, der im Ver­ gleich zur Amplitude der Nutzimpulse hoch liegt, selbst­ verständlich aber die Nutzimpulse noch sicher erfaßt. Zum Er­ kennen der sekundärseitigen Impulse wird der Schwellwert im Vergleich zur Amplitude der Nutzsignale so niedrig einge­ stellt, damit außer den niederfrequenten Anteilen der Impulse A auch die je nach Betriebsbedingungen kleineren nieder­ frequenten Anteile der Impulse B noch sicher erfaßt werden. Zur automatischen Umschaltung zwischen primärseitiger und se­ kundärseitiger Zündsignalerfassung werden die Impulse einer steuerbaren Schwellwertstufe SW1 zugeführt, die von den Im­ pulsen derart gesteuert ist, daß ihr Schwellwert bei großen Impulsen hoch und bei kleinen Impulsen niedrig ist, und zwar jeweils relativ zur Amplitude der steuernden Impulse.

Die Ausgangsimpulse der gesteuerten Schwellwertstufe SW1 wer­ den in einem Verstärker V verstärkt und gleichgerichtet (Diagramm c) und einer als Impulsformer dienenden Schwell­ wertstufe SW2 zugeführt, deren Ausgangssignale im Diagramm d dargestellt sind. Zwischen je zwei breiten, von den nieder­ frequenten Anteilen der Impulse A, B herrührenden Impulsen liegt ein kurzer durch die Impulse C verursachter Impuls.

Die hochfrequenten Anteile großer Amplitude der Impulse A, B, C können, da ihr Frequenzspektrum im Bereich von 1 MHz und höher liegt, den niederfrequenten Schwingkreis TZ, CD nicht anregen, so daß sie nicht zu einem Ausgangsimpuls an der Schwellwertstufe SW2 führen. Sie können aber, vor allem bei unzureichender Abschirmung der Triggerzange TZ und der Ver­ bindungsleitungen zum Kondensator CD und zum Verstärker V, als Störimpulse in die Auswerteschaltung gelangen. Um dies zu vermeiden, ist der Schwellwertstufe SW2 ein Zeitglied ZG nachgeschaltet, das Impulse unterdrückt, die kürzer als eine vorgegebene Zeit T sind. Diese Zeit ist wesentlich länger als die Dauer der kurzzeitigen Impulsanteile, aber kürzer als die von der Schwellwertstufe SW2 als Folge der niedrigen längeren Impulsanteile abgegebenen Impulse. Das Zeitglied ZG gibt so­ mit je Eingangsimpuls A, B genau einen Impuls ab (Diagramm e). Der Einsatz des Zeitgliedes ZG ermöglicht es daher, die Triggerzange TZ und die nachfolgenden Impuls­ übertragungsleitungen, wenn überhaupt, nur einfach abzu­ schirmen.

Die Erfindung wurde an einem Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die Triggerzange an eine Leitung des Primär- oder Se­ kundärkreises einer Zündanlage mit ruhendem Verteiler ange­ legt ist. Sie kann aber auch ohne weiteres für die Messung an andersartigen Zündanlagen verwendet werden, z. B. in solchen, die nur eine Zündspule für alle Zylinder oder für jeden Zy­ linder eine eigene Zündspule aufweisen. Werden z. B. die Emitterströme von mehreren verschiedenen Zylindern zugeordne­ ten Unterbrechertransistoren über eine gemeinsame Leitung ge­ führt, können auch die Impulse ausgewertet werden, die von einer an diese gemeinsame Leitung angelegten Triggerzange er­ faßt werden. Es kommt nur darauf an, daß Zündimpulse erfaßt werden, die einen niederfrequenten Anteil aufweisen.

Auch die Reihenfolge, in der die Baugruppen des Ausführungs­ beispiels hintereinandergeschaltet sind, kann geändert wer­ den, oder Baugruppen können zusammengefaßt werden. So ist es möglich, durch Einstellen des Arbeitspunktes eines Transi­ stors und mit einer geeigneten Rückkopplung den Verstärker V gleichzeitig als Gleichrichter zu betreiben und ihn als Be­ standteil einer Kippstufe zu verwenden, die als Zeitglied und Schwellwertstufe dient. Auch kann die Schwellwertstufe SW1 in eine solche Schaltung einbezogen werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Erkennen von Zündzeitpunkten eines Otto­ motors mit mindestens einer Zündspule (ZS), in deren Primär­ kreis ein Unterbrecher und in deren Sekundärkreis eine oder mehrere Zündkerzen liegen, insbesondere zum Messen der Dreh­ zahl des Ottomotors,

• 1. - mit einer Einrichtung (TZ) zum Erfassen des Zündstroms auf der Primär- oder der Sekundärseite der Zündspule, deren Ausgangssignal jeweils aus einem kurzen Impuls großer Am­ plitude und einem längeren Impuls niedriger Amplitude be­ steht, und
• 2. - mit einer Einrichtung zum Auswerten der Ausgangssignale der Zündstrom-Erfassungseinrichtung (TZ),

dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Zündstrom-Erfassungseinrichtung (TZ) über ein Filter (TZ, CD) mit einer oberen Grenzfrequenz im Bereich von 10 bis 20 kHz geführt ist, das die kurzen Impulse hoher Amplitude sperrt und die längeren Impulse mit niedriger Amplitude durchläßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Filter ein Bandpaß im Bereich von 10 bis 20 kHz ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erfassungseinrichtung (TZ) eine Induktivität enthält, die zusammen mit einem Eingangskondensator (CD) der Auswerteeinrichtung einen Schwingkreis mit einer Resonanz­ frequenz, insbesondere im Bereich von 10 bis 20 kHz bildet.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung (TZ) über ein Zeitglied (ZG) geführt ist, das nur Impulse, die länger als eine vorgegebene Zeit, insbesondere länger als etwa 50 µs sind, durchschaltet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Zeitglied (ZG) eine Schwellwertstufe (SW2) vorgeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Zündstrom-Erfassungseinrichtung (TZ) über eine Schwellwert­ stufe (SW1) mit derart gesteuertem Schwellwert geführt werden, daß bei großer Amplitude der Schwellwert bezüglich der Amplitude hoch und bei kleiner Amplitude niedrig ist.