DE69715822T2

DE69715822T2 - Zündsystem mit ionisationsdetektor

Info

Publication number: DE69715822T2
Application number: DE69715822T
Authority: DE
Inventors: Paul Porreca; Edward Van Duyne
Original assignee: Adrenaline Res Inc
Current assignee: Adrenaline Res Inc
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2017-02-01
Also published as: US5777216A; DE69715822D1; EP0879355A1; WO1997028366A1; AU1858097A; AR005611A1; JP2000504085A; EP0879355B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein einen Ionisationsdetektor in einer Zündvorrichtung, die zwei im wesentlichen entkoppelte Energiequellen hat. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Zündvorrichtung, bei der eine erste Energiequelle verwendet wird, um einen Funken über der Funkenstrecke einer Zündkerze zu erzeugen, und eine zweite Energiequelle verwendet wird, um der Funkenstrecke der Zündkerze einen Strom zuzuführen und eine Spannung über der Funkenstrecke der Zündkerze zu bilden, so dass ein Ionisationsstrom erzeugt wird, der von einem Detektorschaltkreis erfaßt und gemessen werden kann.
Das Ziel einer jeden Zündvorrichtung ist es, kontinuierlich ein Luft/Kraftstoffgemisch zu zünden, so dass ein sich selbst erhaltender Verbrennungsprozeß eingeleitet wird, nachdem der Funkenüberschlag beendet ist. Keine Zündvorrichtung ist jedoch perfekt. Diese Vorrichtungen erzeugen gelegentlich Fehlzündungen und verschmutzen die Zündkerzen. Messungen zum Erfassen von Fehlzündungen, Motorklopfen, des Luft/Kraftstoffverhältnisses und der Zündkerzenverschmutzung sind insbesondere im Hinblick auf staatliche Initiativen und Vorschriften zur Reinhaltung der Luft zweckmäßig. Solche Initiativen und Vorschriften können das Zählen von Fehlzündungen, das Berechnen des Prozentanteils von Fehlzündungen, das kontinuierliche Anzeigen des Luft/Kraftstoffverhältnisses und das Steuern von Motorkenngrößen mit mehreren Rückführungen umfassen.
Der Zusammenhang zwischen der Ionisation der Funkenstrecke einer Zündkerze und einer Fehlzündung des Motors ist in der Automobilindustrie bereits bekannt. Hierzu wird auf S. Miyata, et al., "Flame Ion Density Measurement Using Spark Plug Voltage Analysis", SAE Technical Paper 930462 verwiesen. Wenn die Zündkerze einen Funken erzeugt, werden die Gase um die Zündkerze herum ionisiert. Es ist bekannt, dass die elektrische Leitfähigkeit der Funkenstrecke einer Zündkerze nach einer erfolgreichen Zündung infolge der Ionisation von heißen Verbrennungsgasen zunimmt. Folglich hat das Anlegen einer Spannung über der Funkenstrecke nach dem Zünden einen Strom, d. h. einen Ionisationsstrom zur Folge. Das Messen des Ionisationsstroms liefert Informationen über den Verbrennungsprozeß. Es ist bekannt, dass der Ionisationsstrom eine Verbrennung anzeigt. Es ist auch bekannt, dass ein geringer oder kein Strom eine Fehlzündung anzeigt. Das Auftreten von Motorklopfen, die ungefähren Luft/Kraftstoffverhältnisse, die Zündkerzenverschmutzung und andere Verbrennungscharakteristiken können ebenfalls aus den Messungen des Ionisationsstroms abgeleitet werden.
Detektorschaltungen nach dem Stand der Technik verwenden eine Vielzahl von Energiequellen, um einen Ionisationsstrom zu erzeugen. Bei diesen Vorrichtungen sind jedoch die Energiequellen üblicherweise an die primäre Energiequelle, die den Funken erzeugt, gekoppelt. Nach dem Entladen der primären Energiequelle wird durch eine hohe negative Spannung der nachfolgende Funkenüberschlag erzeugt. Da eine hohe negative Spannung anliegt, ist die Messung des Ionisationsstroms unzuverlässig und erfordert die Verwendung von komplizierten Signalverarbeitungskomponenten. Das US-Patent Nr. 5,321,978 von Brandt et al. versucht, einige dieser Probleme zu beseitigen. Brandt et al. offenbart eine zusätzliche Energiequelle, um eine Spannung zu bilden und einen Ionisationsstrom zu erzeugen. Es offenbart auch eine Einrichtung zum Blockieren einer negativen Spannung, um die Auswirkungen von negativen Spannungen, die von der Spule erzeugt werden, zu begrenzen. Dennoch hat Brandt et al. den Nachteil, dass die einzige Funktion der zusätzlichen Energieversorgung das Zuführen der Spannung zum Erzeugen eines Ionisationsstroms ist.
Die Dualenergie-Zündvorrichtung (im US-Patent Nr. 5,197,448 von Porreca et al. offenbart) teilt den Zündvorgang in zwei Ereignisse, nämlich den Funkenüberschlag und den Lichtbogen, auf. Ein Hauptmerkmal einer solchen Zündvorrichtung ist die Fähigkeit, die mageren Betriebsgrenzen von Ottomotoren auszudehnen. Der magere Betrieb oder die Abgasrückführung (EGR) führt zu niedrigen Emissionswerten und einem hohen Wärmewirkungsgrad. Diese Vorrichtung umfaßt eine erste und eine zweite Energiequelle, um diese beiden Ereignisse herbeizuführen. Die erste Energiequelle ist elektrisch mit einer Funkenstrecke so verbunden, dass durch die Energie, die von der ersten Energiequelle abgegeben wird, eine hohe Spannung an der Funkenstrecke zum Erzeugen eines Funkens gebildet wird. Die zweite Energiequelle ist elektrisch mit der Funkenstrecke so verbunden, dass die Kopplung zwischen der zweiten Energiequelle und der ersten Energiequelle minimiert ist, jedoch auch so verbunden, dass die von der zweiten Energiequelle abgegebene Energie über einen Pfad mit niedriger Impedanz der Funkenstrecke einen hohen Strom zuführt, wobei die Energie ausreichend groß ist, um einen Lichtbogen über der Funkenstrecke aufrechtzuerhalten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ionisation innerhalb einer Funkenstrecke durch das Einleiten und Messen des Ionisationsstroms über der Funkenstrecke wirksam und ökonomisch zu erfassen. Die Analyse des Ionisationsstroms liefert wichtige Daten hinsichtlich der Verbrennungscharakteristiken, wie z. B. Fehlzündung, Motorklopfen, das ungefähre Luft/Kraftstoffverhältnis und die Zündkerzenverschmutzung. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, diese Daten zur Weiterverwendung zu speichern. Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine zweite Energiequelle, wie z. B. die der Dualenergie-Zündvorrichtung, zu verwenden, um eine Spannung über der Funkenstrecke zu bilden. Insbesondere verwendet diese Erfindung eine zweite Energiequelle, die wenigstens zwei Funktionen hat, wobei die eine das Zuführen eines Lichtbogenstroms ist, und die eine andere das anschließende Anlegen einer Spannung über der Funkenstrecke, die den Ionisationsstrom erzeugt, ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen wirksamen Betrieb der Dualenergie-Zündvorrichtung zu erreichen, so dass die Anzahl der Komponenten zum Messen des Ionisationsstromes reduziert ist, der Meßvorgang vereinfacht ist, die Datengenauigkeit verbessert ist und ein wirksamer Betrieb der Zündvorrichtung aufrechterhalten wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Schaltung zum Erfassen der Ionisation und zum Messen des Ionisationsstroms zu schaffen. Die Wirksamkeit und die Wirtschaftlichkeit werden gegenüber dem Stand der Technik durch die Verwendung einer zusätzlichen Energiequelle für zwei unterschiedliche Funktionen erreicht.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Zündvorrichtung mit einem Ionisationsdetektor gemäß Anspruch 1.
Eine solche Vorrichtung verwendet eine zweite Energiequelle bei einer Zündvorrichtung, die eine erste und eine zweite Energiequelle umfaßt. Die Kopplung zwischen den Energiequellen ist minimiert. Die erste Energiequelle liefert die Energie für einen Funken über der Funkenstrecke der Zündkerze. Die zweite Energiequelle, die von der ersten Energiequelle entkoppelt ist, liefert die Energie für einen Lichtbogen über der Funkenstrecke der Zündkerze unmittelbar nach dem Abbrechen des Funkenüberschlags. Nach dem Bilden des Lichtbogens wird die zweite Energiequelle wieder aufgeladen, um eine Spannung über der Funkenstrecke zu bilden. Diese anliegende Spannung hat einen Ionisationsstrom durch die Funkenstrecke der Zündkerze zur Folge. Das Erfassen und Messen des Ionisationsstroms liefert Informationen über den Verbrennungsprozeß, wie z. B. das Auftreten einer Teil- oder Fehlzündung, das Motorklopfen, das ungefähre Luft/Kraftstoffverhältnis und die Zündkerzenleistung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Dualenergie-Zündvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Energiequelle eine Detektorschaltung zum Messen der Ionisation in der Funkenstrecke einer Zündkerze aufweisen. Die Verwendung der Dualenergie-Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine wirksame und wirtschaftliche Messung der Ionisation, während alle Vorteile der Dualenergie-Zündvorrichtung aufrechterhalten werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Detektorschaltung einen Widerstand, durch den der Ionisationsstrom fließt. Der resultierende Spannungsabfall liefert ein für die Ionisation kennzeichnendes Ionisationssignal, das von einem Prozessor gefiltert und analysiert wird, so dass daraus Rückschlüsse auf die Verbrennungscharakteristiken abgeleitet werden können. Die Prozessoranalyse kann für die Weiterverwendung gespeichert werden. Die Schaltung umfaßt weiterhin eine Zenerdiode, durch die der Lichtbogenstrom am Widerstand vorbeigeleitet werden kann, und bildet darüber hinaus einen Schutz für die Detektorschaltung gegen eine Überspannung während des Entladens des Lichtbogens. Durch die Zenerdiode erhöht sich die Meßgenauigkeit und der Wirkungsgrad der Zündung. Es sind nur einige zusätzliche Teile erforderlich, um eine genaue Messung zu erreichen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung einer Dualenergie-Zündvorrichtung nach dem Stand der Technik, die eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Funkens, eine zweite Energiequelle und eine Hochspannungsdiode, um die zweite Energiequelle von der ersten zu entkoppeln, aufweist;
Fig. 2 ist ein Schaltbild einer Dualenergie-Zündvorrichtung nach dem Stand der Technik;
Fig. 3 ist eine Prinzipdarstellung der Zündvorrichtung mit einem Ionisationsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Schaltbild der Zündvorrichtung mit einem Ionisationsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5a und 5b sind Kennlinien von Versuchsdaten, die die Messungen des Ionisationsstroms und das Anzeigen einer Fehlzündung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung erzeugt, erfaßt und mißt den Ionisationsstrom über der Funkenstrecke einer Zündkerze in einer Zündvorrichtung. Eine Vorrichtung zur Optimierung des Zündvorgangs teilt den Zündvorgang in zwei Ereignisse auf, nämlich einen Funkenüberschlag und einen Lichtbogen. Die Wirksamkeit der Zündung, der Anteil der Verbrennungsabgase und der Wärmewirkungsgrad werden durch das Vorsehen einer separaten Energiequelle für jeden Teil des Zündvorgangs verbessert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ionisationsstrom durch die Verwendung einer der Energiequellen zum Anlegen einer Spannung an der Funkenstrecke einer Zündkerze erzeugt. Der Ionisationsstrom ist meßbar, so dass die Charakteristiken des Verbrennungsprozesses bestimmt werden können.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Dualenergie-Zündvorrichtung nach dem Stand der Technik, wie im US-Patent 5,197,448 Porreca et. al offenbart. Eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung eines Funkens, die einen Transformator 12 zum Verstärken einer Spannung umfasst, dient dem einzigen Zweck, einen Funken über einer Funkenstrecke 14 zu erzeugen. Eine zweite Energiequelle 16 dient dem einzigen Zweck, einen hohen Lichtbogenstrom über der Funkenstrecke 14 zu erzeugen. Entscheidend ist jedoch, dass die zweite Energiequelle 16 einen Entladepfad zur Funkenstrecke 14 hat, die von der Primärseite des Transformators 12 entkoppelt ist. Dies kann durch eine Hochspannungsdiode 18 erreicht werden. Dies könnte auch durch Entfernen der Hochspannungsdiode 18 und der Verwendung eines Sättigungstransformators anstatt des Transformators 12 erreicht werden. Die Wirksamkeit einer solchen Vorrichtung ist gegenüber den bereits existierenden Vorrichtungen verbessert, da die Energie für den Lichtbogen nicht von einem ineffizienten Transformator übertragen wird und die zweite Energiequelle nicht mit Energie von der Vorrichtung 10 zur Erzeugung eines Funkens aufgeladen wird. Wichtig ist, dass die Energie, die von der zweiten Energiequelle abgegeben wird, über einen Pfad mit niedriger Impedanz an die Funkenstrecke 14 angeschlossen ist.
In Bezug auf Fig. 2 ist ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Dualenergie-Zündvorrichtung nach dem Stand der Technik gezeigt. Eine erste Energiequelle 20 lädt den Kondensator 22 auf. Vorzugsweise wird ein Kondensator mit einer sehr geringen inneren Induktivität und einem sehr geringen Innenwiderstand verwendet, wie z. B. solche, die üblicherweise bei CDI's oder Stroposkopleuchten verwendet werden. Eine Triggerschaltung 24 mit einer Schalteinrichtung für Hochspannungen und Höchststromstärken wird vorzugsweise verwendet, um die Entladung des Kondensators 22 über den Transformator 12 zu triggern. Durch dieses schnelle Entladen an der Sekundärwicklung des Transformators 12 wird eine sehr hohe Spannung induziert. Diese Spannung ionisiert die Materie, die die Funkenstrecke 14 umgibt, und erzeugt den Funken.
Auf der Sekundärseite des Transformators 12 befindet sich eine zweite Energiequelle 28, die einen Kondensator 26 auflädt. Die im Kondensator 26 gespeicherte Energie wird entladen und erzeugt einen Lichtbogen über der Funkenstrecke 14 nachdem ein Funke gebildet wurde. Eine Hochspannungsdiode 18 wird verwendet, um sicherzustellen, dass der Entladevorgang des Kondensators 26 nicht mit der Primärseite des Transformators 12 gekoppelt ist.
Die Ausgänge der Energiequellen 20 und 28 müssen nicht identisch sein. Bei den typischen Ausführungsformen umfassen die Energiequellen 20 und 28 einen DC/DC-Wandler, um die Spannung, die vom Kraftfahrzeug bereitgestellt wird (üblicherweise 14 V), in die für eine Zündvorrichtung erforderlichen Hochspannungen umzuwandeln.
Fig. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Zündvorrichtung mit Ionisationsstrom- Abtastung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 zur Erzeugung eines Funkens, umfassend den Transformator 12 zur Spannungsverstärkung, dient dem alleinigen Zweck, einen Funken über der Funkenstrecke 14 zu erzeugen. Eine Ionisationsdetektor-Schaltung 40 hat eine Energiequelle 16, um den Ionisationsstrom über der Funkenstrecke 14 zu erzeugen und zu erfassen.
Die Ionisationsdetektor-Schaltung 40 der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Die Detektorschaltung 40 verwendet die im Kondensator 26 gespeicherte Energie als Spannungsquelle für den Ionisationsstrom.
Die Detektorschaltung 40 umfasst einen Widerstand 42, die Funkenstrecke 14, die Hochspannungsdiode 18 und den Kondensator 26. Nach dem Auftreten eines Funkenüberschlags und eines Lichtbogens, wird der Kondensator 26 schnell von der zweiten Energiequelle 28 wieder vorgespannt. Die im wieder vorgespannten Kondensator 26 gespeicherte Energie bildet eine Spannung über der Funkenstrecke 14. Jeder resultierende Strom wird als Ionisationsstrom bezeichnet und ist eine Funktion der innerhalb der Funkenstrecke 14 auftretenden Ionisation. Wenn der Strom einen bestimmten Schwellwert übersteigt, setzt der Verbrennungsprozeß ein. Wenn der Schwellwert nicht erreicht wird, findet eine teilweise Verbrennung oder eine Fehlzündung statt.
Der Ionisationsstrom wird über die Spannung am Widerstand 42 gemessen. Dieser Spannungsabfall liefert ein Ionisationssignal 46. Probleme treten auf, wenn versucht wird, das Ionisationssignal 46 zu analysieren, da beim Aufladen des Kondensators 26 ein Rauschen auftritt und beim Entladen des Kondensators 26 am Widerstand 42 eine DC-Vorspannung anliegt. Durch das Bestimmen, wann der Spannung am Widerstand 42 "Aufmerksamkeit geschenkt" werden soll, können beide Probleme gelöst werden. Ein Analog-Multiplexer 58 kann einem Hochpaßfilter 56 eine geeignete DC-Vorspannung zuführen. Der Analog- Multiplexer 58 führt dem Hochpaßfilter 56 dann das Ionisationssignal 46 während dem Verbrennungsprozeß zu. Folglich sind das Rauschen und die DC- Vorspannung aus dem Ionisationssignal 46 entfernt, bevor es in einen Verstärker 44 gelangt. Ein weiteres Verfahren zum Eliminieren des Rauschens ist die Verwendung eines Tiefpaßfilters 48 zusätzlich zu oder anstatt des Multiplexers 58. Wenn das Ionisationssignal 46 einmal von einem Verstärker 44 verstärkt wurde, wird es von einem Signalprozessor 50 analysiert, um verschiedene Charakteristiken des Verbrennunsprozesses, einschließlich einer Fehlzündung, zu bestimmen. Eine Speichereinheit 54 speichert die analysierten Daten des Prozessors 50 zur Weiterverwendung.
Weiterhin umfasst die Detektorschaltung 40 eine Zener-Diode 52. Die Zener- Diode 52, die mit dem Widerstand 42 parallel geschaltet ist, ist aus zwei Gründen von Bedeutung. Erstens kann, da der Lichtbogenstrom relativ groß ist, eine genaue Messung des kleinen abgeleiteten Ionisationsstroms problematisch sein. Die Zener-Diode 52 dient zur Begrenzung des Spannungsabfalls über dem Widerstand 42. Dadurch wird der Verstärker-Schaltkreis geschützt und darüber hinaus kann ein größerer/empfindlicherer Widerstand 42 verwendet werden, so dass eine bessere Messung des Ionisationssignals 46 möglich ist.
Zweitens, und was noch wichtiger ist, wird durch die Zener-Diode 52 der Widerstand 42 überbrückt, so dass ein Pfad mit niedriger Impedanz für den Lichtbogenstrom, der vom Kondensator 26 entladen wird, geschaffen wird. Dies ist erforderlich, um einen wirksamen Betrieb der Zündvorrichtung zu ermöglichen. Ohne die Zener-Diode 52 würde der Lichtbogenstrom einer großen Impedanz, die vom Widerstand 42 gebildet wird, gegenüberstehen. Es ist zweckmäßig, die Impedanz des Schaltkreises zu minimieren, so dass der Spitzenstrom und die Intensität des Lichtbogens über der Funkenstrecke 14 maximal ist.
In Bezug auf Fig. 4 werden die Werte der Schaltungskomponenten für eine dargestellte Ausführungsform angegeben. Bei dieser Ausführungsform wird der 0,47uF Kondensator 22 durch die erste Energiequelle 20, die einen 14 V/600 V- DC/DC-Wandler umfaßt, auf 600 V aufgeladen. Die Triggerschaltung 24 umfaßt einen 1000 V/35A-SCR (eine Einrichtung, die üblicherweise bei CDI's und Stroposkopleuchten verwendet wird). Der Aufwärtstransformator 12 hat ein Wicklungsverhältnis von 1 : 100.
Auf der Sekundärseite des Transformators 12 der dargestellten Ausführungsform wird der 0,47uF Kondensator 26 durch die zweite Energiequelle 28, die einen 14 V/600 V-DC/DC-Wandler umfaßt, auf 600 V aufgeladen. Die Hochspannungsdiode 18 ist für 40.000 V und 1A ausgelegt. Die 3,3 V-Zener-Diode 52, die mit dem 1 kΩ Widerstand 42 parallel geschaltet ist, dient zur Begrenzung des Spannungsabfalls am Widerstand 42 auf 3,3 V.
Hinsichtlich der elektromagnetischen Interferenz (EMI) wird vorzugsweise eine Abschirmung verwendet. Darüber hinaus werden die Komponenten vorzugsweise nahe an der Zündkerze angeordnet, um den Hochstrom-Entladepfad (Antenne), der eine EMI erzeugt, zu verkürzen.
Die Charakteristiken des Verbrennungsprozesses können mit Ausnahme einer Fehlzündung aus dem Ionisationssignal 46 bestimmt werden. Ein einfaches Beispiel ist die Verbrennungsdauer, die einfach so lange ist, wie das Ionisationssignal 46 einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Ein weiteres Beispiel ist das Motorklopfen. Das Motorklopfen tritt auf, wenn die Verbrennung die Schallgeschwindigkeit übersteigt. Das Motorklopfen ist eine Schallwelle im Bereich von 5 bis 8 kHz und kann im Ionisationssignal 46 festgestellt werden. Der Prozessor 50 kann verwendet werden, um die Ionisations-Signalwellen im Bereich von 5 bis 8 kHz zu isolieren und zu analysieren. Das Vorhandensein solcher Wellen zeigt an, dass ein Motorklopfen aufgetreten ist. Diese Analysedaten des Prozessors können ebenfalls in der Speichereinheit 54 gespeichert werden.
Ein weiteres Beispiel einer Charakteristik des Verbrennungsprozesses, die aus dem Ionisationssignal 46 abgeleitet werden kann, ist das Luft/Kraftstoffverhältnis. Es besteht eine Korrelation zwischen der Ionisation und den Luft/Kraftstoffverhältnissen. Hierzu wird auf S. Miyata. et al., "Flame Ion Density Measurement Using Spark Plug Voltage Analysis", SAE Techical Paper 930462 verwiesen. Die Dauer der Ionisationsmessung und die Abklingzeit des Ionisationssignals 46 sind charakteristisch für das Luft/Kraftstoffverhältnis. Folglich ergibt sich aus der Untersuchung der Zündvorrichtung eine Bezugskennlinie, bei der die Ionisationspegel mit verschiedenen Luft/Kraftstoffverhältnissen für spezielle Motortypen in Wechselbeziehung stehen. Werden diese Korrelationsdaten dem Prozessor 50 zugeführt, kann der Prozessor 50 das Ionisationssignal 46 analysieren und daraus ein ungefähres Luft/Kraftstoffverhältnis ableiten. Dieses kann wiederum zur Weiterverwendung in der Speichereinheit 54 gespeichert werden.
Zwei weitere Beispiele für die Verbrennungscharakteristiken, die aus dem Ionisationssignal 46 bestimmt werden können, sind die Zündkerzenverschmutzung und die Frühzündung. Diese Charakteristiken werden durch das Vorhandensein von Ionisationsströmen während bestimmter Motorzyklen, in denen eine Verbrennung nicht auftreten sollte, angezeigt. Insbesondere wird eine Zündkerzenverschmutzung angezeigt, wenn das Ionisationssignal 46 zu lange weiterbesteht. Die andere Charakteristik, die Frühzündung, tritt auf, wenn der Verbrennungsvorgang beginnt bevor die Zündung in Gang gesetzt wurde. Folglich wird, wenn das Ionisationssignal 46 einen Verbrennungsvorgang vor dem Auftreten eines Funkens anzeigt, eine Frühzündung angezeigt. Das Auftreten dieser Charakteristiken kann wiederum zur Weiterverwendung in der Speichereinheit 54 gespeichert werden.
Darüber hinaus ist es zweckmäßig, die Winkellage des Motors zu messen. Einrichtungen, die diese Daten liefern, sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Innenverbrennungsmotoren bekannt. Die Winkellage des Motors liefert einen Bezugspunkt für die Daten des Prozessors, die aus dem Ionisationssignal 46 abgeleitet wurden. Z. B. hat der Motor, wenn (über das analysierte Ionisationssignal 46) ein Motorklopfen festgestellt wird, eine entsprechende Winkellage. Wenn auch die entsprechende Winkellage des Motors zusammen mit der Analyse des Motorklopfens in der Speichereinheit 54 gespeichert wird, kann ein Techniker später diese Information verwenden, um den Motor zu reparieren, einzustellen, usw.. Ähnliche Angaben über die Winkellage entsprechend Fehlzündungen, Verbrennungsdauer, Motorklopfen, Luft/Kraftstoffverhältnis und Frühzündung sind in ähnlicher Weise ein zweckdienliches Diagnosemittel.
Darüber hinaus kann, wenn die Winkellage des Motors einmal festgestellt wurde, die Winkellage des Spitzendrucks angenähert werden, da sie in etwa derjenigen der Spitze des Ionisationssignals 46 entspricht. Eine Annäherung der Lage des Spitzendrucks ist für die Optimierung von zwei Parametern des Wirkungsgrades eines Motors sehr zweckmäßig. Erstens sollte, um das optimale (größte) Drehmoment mit einer bestimmten Kraftstoffmenge zu erzeugen, der Spitzendruck in der Verbrennungskammer in etwa zwischen 10 und 15 Grad nach dem höchsten Totpunkt (TDC) auftreten. Zweitens sollte, um die Verbrennungstemperatur und die NOx-Emissionen zu verringern, der Spitzendruck nach 15 Grad TDC auftreten. Dadurch ist es möglich, unter Verwendung des Ionisationssignals 46 die Emissionen zu steuern.
Fig. 5a und 5b zeigen graphisch einige Versuchsergebnisse der vorliegenden Erfindung. Diese Kennlinien zeigen gleichzeitig durchgeführte Messungen des Zylinderdrucks 62 und des Ionisationssignals 46. Ein Anstieg des Zylinderdrucks in den Punkten 62a zeigt an, dass eine Verbrennung stattgefunden hat. Das gleichzeitig vorliegende Ionisationssignal 46 zeigt das Auftreten von verschiedenen Charakteristiken der Verbrennung an. Z. B. ist das Auftreten eines Funkens und das anschließende Wiederaufladen durch 46a angegeben. Das Auftreten der Verbrennung ist durch 46b angegeben. Das Auftreten einer Fehlzündung ist durch 46c angegeben. Schließlich ist die Verbrennung mit Klopfen durch 46d angegeben.

Claims

1. Zündvorrichtung mit einem Ionisationsdetektor, aufweisend:

- einen Aufwärtstransformator (12) mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung,

- eine erste Energiequelle (10), die mit der Primärwicklung elektrisch verbunden ist,

- eine Funkenstrecke (14), die mit der Sekundärwicklung derart elektrisch verbunden ist, dass die Energie, die von der ersten Energiequelle abgegeben wird, einen Funken über der Strecke (14) erzeugt, und

- eine zweite Energiequelle (16), die mit der Funkenstrecke (14) und der Sekundärwicklung elektrisch verbunden ist, wobei die zweite Energiequelle im wesentlichen von der ersten Energiequelle (10) entkoppelt ist und der Funkenstrecke über einen Pfad mit niedriger Impedanz Energie zuführt, so dass ein Lichtbogen über der Funkenstrecke aufrechterhalten wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Ionisationsdetektor-Schaltung (40) vorgesehen ist, welche die zweite Energiequelle (16) benutzt, um eine Spannung über der Funkenstrecke zu erzeugen, wobei die Detektorschaltung den resultierenden Ionisationsstrom durch die Funkenstrecke mißt und ein Ionisationssignal bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Detektorschaltung einen Widerstand (42) aufweist, der elektrisch mit der zweiten Energiequelle in Reihe geschaltet ist, wobei der Spannungsabfall am Widerstand das Ionisationssignal liefert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin umfassend ein Hochpassfilter (56) zum Eliminieren einer DC Vorspannung aus dem Ionisationssignal.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin umfassend ein Tiefpassfilter (48) zum Eliminieren von Hochfrequenzrauschen aus dem Ionisationssignal.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Detektorschaltung weiterhin einen Verstärker (44) zum Verstärken des Ionisationssignals umfasst.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Detektorschaltung weiterhin eine Zener-Diode (52) aufweist, die elektrisch mit dem Widerstand parallel geschaltet ist, so dass der aufrechterhaltene Lichtbogen im wesentlichen am Widerstand vorbeigeleitet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Prozessor (50), der eine Analyse des Ionisationssignals durchführt, um das Auftreten einer Fehlzündung festzustellen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Prozessor (50), der eine Analyse des Ionisationssignals durchführt, um das Auftreten eines Motorklopfens festzustellen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Prozessor (50), der eine Analyse des Ionisationssignals durchführt, um das Luft/Kraftstoff- Verhältnis ungefähr zu bestimmen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Prozessor (50), der eine Analyse des Ionisationssignals durchführt, um Anzeichen einer Verschmutzung der Zündkerze festzustellen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Prozessor (50), der eine Analyse des Ionisationssignals durchführt, um das Auftreten einer Frühzündung festzustellen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Prozessor (50), der eine Analyse des Ionisationssignals durchführt, um die Verbrennungsdauer zu bestimmen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, weiterhin umfassend eine Speichereinheit (54), welche die Analyse des Prozessors zur Weiterverwendung speichert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Messeinrichtung zum Bestimmen der Winkellage des Motors.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin umfassend einen Prozessor (50), der eine Analyse des Ionisationssignals und der Winkellage des Motors durchführt, um die Lage des Spitzendrucks zu bestimmen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin umfassend eine Speichereinheit (54), welche die Winkellage des Motors zur Weiterverwendung speichert.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, weiterhin umfassend eine Speichereinheit (54), welche die Lage des Spitzendrucks zur Weiterverwendung speichert.

18. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, weiterhin umfassend eine Messeinrichtung (54), welche die Winkellage des Motors feststellt, wobei der Prozessor die Winkellage bezüglich des Ionisationssignals analysiert, und eine Speichereinheit, welche die Analyse des Prozessors zur Weiterverwendung speichert.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Speichereinheit (54), welche das Ionisationssignal zur Weiterverwendung speichert.