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Dokumentenidentifikation DE19514633A1 09.05.1996
Titel Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kawamoto, Atsunobu, Itami, Hyogo, JP;
Yasuda, Yukio, Itami, Hyogo, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 20.04.1995
DE-Aktenzeichen 19514633
Offenlegungstag 09.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.05.1996
IPC-Hauptklasse F02P 17/00
Zusammenfassung Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine derart auszugestalten, daß eine fehlerhafte Erfassung während einer Periode, in der sich die Entladespannung auf der Sekundärseite verändert, verhindert wird und somit eine genaue Erfassung von Fehlzündungen gewährleistet ist.
Zur Lösung der Aufgabe umfaßt daher die Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine einen Kondensator, der mit einer von der Primärseite der Zündspule generierten Vorspannung aufgeladen wird zur Zuführung der Ladespannung zu einer Zündkerze zum Zeitpunkt der Entladung der Zündkerze zur Bildung eines Ionenstroms und einer Fehlzündungserfassung zur Unterscheidung in Übereinstimmung mit der Erfassung des vom Kondensator bereitgestellten Ionenstroms, ob eine Fehlzündung stattgefunden hat, wobei die Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine ferner eine Zenerdiode zur Erfassung einer Entladeperiode umfaßt, die zwischen einem weiteren Anschluß der Primärspule und einem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers angeordnet ist und wobei die Zenerspannung niedriger ist als die Zenerspannung einer Zenerdiode zur Einstellung der Spannung zur Aufladung des Kondensators und in einer Richtung geschaltet ist, in der ein elektrischer Strom während einer Überschreitung der Zenerspannung in Richtung des invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers fließt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine durch Erfassung eines Ionenstroms, der in einer in einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordneten Zündkerze fließt.

Bei einer Brennkraftmaschine wird ein Gemisch aus Brennstoff und Luft komprimiert und dieses Gemisch mittels eines durch Anlegen einer hohen Spannung an eine in einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordneten Zündkerze verbrannt. Ein Zustand, in welchem das Gemisch nicht verbrannt wird, wird als "Fehlzündung" bezeichnet. In diesem Fall kann eine befriedigende Leistung der Brennkraftmaschine nicht erzielt werden. Vielmehr gelangt noch von dem brennstoffhaltigen Gemisch in größeren Mengen in die Abgasanlage, so daß Probleme entstehen, da der Schalldämpfer und weitere Teile korrodieren können. Es muß daher ein Betriebszustand mit Fehlzündungen erfaßt werden zur Ausgabe eines Alarms an den Fahrer.

Eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine in Form einer bekannten Schaltung erfaßt Fehlzündungen durch Ermittlung eines Ionenstroms, der in einer in der Brennkammer angeordneten Zündkerze fließt. Bei der Verbrennung in der Brennkammer werden Moleküle in der Brennkammer ionisiert. Wird nun eine Spannung über die Zündkerze der sich im ionisierten Zustand befindenden Brennkammer zugeführt, so fließt ein kleiner elektrischer Strom, der als "Ionenstrom" bezeichnet wird. Da der Ionenstrom im Falle einer Fehlzündung erheblich vermindert wird, kann das Auftreten von Fehlzündungen durch Erfassung dieses Sachverhalts erkannt werden.

Fig. 7 zeigt eine bekannte Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine, wie sie beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift JP-4-191 465 bekannt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 ist mit Bezugszeichen 1 eine Zündspule bezeichnet, mit 1a und 1b entsprechend eine Primärspule und eine Sekundärspule der Zündspule 1, und mit 2 eine in einer Brennkammer 20 angeordnete Zündkerze, wobei die Zündkerze 2 mit dem negativen Anschluß der Sekundärspule 1b verbunden ist. Ein positiver Anschluß der Primärspule 1a ist mit einer Spannungsversorgung 4 verbunden, während ein negativer Anschluß mit dem Kollektor eines Transistors 5 zum Schalten eines elektrischen Stroms verbunden ist. Der Emitter des Transistors 5 ist mit Masse und seine Basis ist mittels einer nicht gezeigten Steuerungseinheit zur Steuerung der Verbrennung verbunden.

Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Fehlzündungserfassungsschaltung, 9 einen mit dem positiven Anschluß der Sekundärspule 1b verbundenen Kondensator, 10 eine zwischen den positiven Anschluß der Sekundärspule 1b und Masse geschaltete Zenerdiode zur Einstellung der Ladespannung für den Kondensator 9, und 11 eine Diode, die zwischen der Niederspannungsseite des Kondensators 9 und Masse geschaltet und deren Anode in Richtung des Kondensators 9 angeordnet ist. Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Widerstand.

In einer Schaltungsanordnung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau führt die nicht gezeigte Steuerungseinheit zum Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine eine Steuerung durch, so daß der eingeschaltete Transistor 5 schnell abgeschaltet wird. Dabei wird der in der Zündspule 1 fließende Primärstrom schnell vermindert, worauf die entgegengesetzt gerichtete elektromotorische Kraft (Gegen-EMK) der Zündspule eine hohe Spannung erzeugt. Die auf der Primärseite erzeugte Spannung wird sodann in Abhängigkeit vom Spulenverhältnis zwischen der Primärspule 1a und der Sekundärspule 1b verstärkt, wobei die verstärkte Spannung sodann an der Sekundärseite der Zündspule 1anliegt. Im Ergebnis wird dabei der Zündspule 2 eine Spannung von beispielsweise 10 kV bis 25 kV zugeführt.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 wird Energie zum Zündzeitpunkt zur Ladung des Kondensators 9 verwendet, die ausreichend zur Erfassung des Ionenstroms ist. Die vom Kondensator 9 abgegebene Spannung wird zur Erfassung des Ionenstroms unmittelbar nach der Zündung verwendet. Der zum Zündzeitpunkt fließende elektrische Strom fließt in einer durch einen Pfeil 2c in Fig. 7 angegebenen Richtung, wobei die Zündkerze 2 entladen wird. Das Gemisch in der Brennkammer 20 wird gezündet. Der Entladestrom lädt den Kondensator 9 mit elektrischer Ladung auf, wobei der Kondensator 9 jedoch bis zu einem durch die Zenerdiode 10 begrenzten Spannungspegel aufgeladen wird.

Geht der in der durch den Pfeil 2c angegebenen Richtung fließende elektrische Zündstrom auf 0 zurück, dann wird die vom Kondensator 9 aufrechterhaltene Spannung der Zündkerze 2 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Ionenstrom durch den Widerstand 12 in einer durch einen Pfeil 2d angegebenen Richtung, wenn die Verbrennung in der Brennkammer 20 in normaler Weise stattgefunden hat. Der Widerstand 12 bewirkt eine Verminderung der Spannung, und diese Spannungsverminderung wird in Form eines Erfassungssignals dazu verwendet, zu erfassen bzw. zu unterscheiden, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist. Beim Auftreten einer Fehlzündung wird der fließende Ionenstrom extrem vermindert, so daß daher nahezu keine Spannung als Ausgangssignal abgegeben wird.

Die bekannte Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine weist jedoch das Problem auf, daß die Erfassung von Fehlzündungen einen Fehler in Folge von Streukapazitäten, wie nachstehend noch beschrieben wird, beinhaltet.

Die Fehlzündungserfassungsschaltung ist zusammen mit der Zündspule und anderen Teilen im Motorraum des Fahrzeugs auf vielfältige Weise in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrzeugart angeordnet. Beispielsweise kann die Länge zwischen der Zündspule 1 der Zündkerze 2 gemäß Fig. 7 etwa 2 m betragen, wobei dieses sehr lang ist. Liegt eine lange Leitungsverbindung vor, so werden Streukapazitäten zwischen dieser Leitungsverbindung und anderen Leitungsverbindungen, beispielsweise mit der Fahrzeugmasse, die ein anderes Potential hat, gebildet.

Unter der Annahme, daß die Streukapazität in Bezug zur Masse Cf in [F] (Farad) in der Schaltung gemäß Fig. 7 ist, wird eine Reihenschaltung bestehend aus der Streukapazität Cf, dem Kondensator 9 und dem Widerstand 12 gebildet. Die Auswirkung dieser Reihenschaltung betrifft im wesentlichen die Auflade/Entladezeitkonstante, die durch die jeweiligen Werte der Streukapazität Cf und des Widerstands 12 bestimmt ist. Im einzelnen tritt dabei ein Problem auf, daß die Zeitdauer des Störungs- bzw. Rauschsignals vergrößert wird. Eine Dämpfung des Rauschstroms von 100 µsec (Mikrosekunde) und 10 mA (Milliampere) auf 1 µA (Mikroampere) oder kleiner, das problemlos ist im Vergleich zum Ionenstrom, erfordert eine zeitliche Periode von etwa 1 msec (Millisekunde), wenn die Streukapazität Cf gleich 500 pf (Pikofarad) und der Widerstand 12 gleich 200 kΩ (Kiloohm) ist, wobei der Signalverlauf des Rauschstroms auf etwa das Zehnfache vergrößert wird. Hierbei kann jedoch das Problem auftreten, daß fälschlicherweise die Störung bzw. das Rauschen als Ionenstrom erkannt wird. Zur Vermeidung der vorstehenden Probleme könnte möglicherweise der Widerstandswert des Widerstands 12 vermindert oder die Streukapazität verringert werden. Wird der Widerstandswert vermindert, dann wird die Empfindlichkeit zur Erfassung einer Fehlzündung verschlechtert, so daß möglicherweise in einem Betriebszustand mit niedrigen Drehzahlen der verminderte Ionenstrom nicht erkannt werden kann. Eine Verringerung der Streukapazität beeinträchtigt in erheblichem Umfang die räumlichen Möglichkeiten, wo und wie die Fehlzündungserfassungsschaltung angeordnet wird.

Es wurde daher eine Schaltungsanordnung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die in der Lage ist, eine fehlerhafte Erfassung infolge von Streukapazitäten zu vermeiden und die Verläßlichkeit zu verbessern (Japanische Patentanmeldung Nr. 6-8880, Anmeldetag 28. Januar 1994).

Fig. 8 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Schaltung, die der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine vom vorstehend beschriebenen Typ mit der Möglichkeit zur Vermeidung einer fehlerhaften Erfassung äquivalent ist.

In Fig. 8 sind die gleichen Bauteile wie in Fig. 7 mit den selben Bezugszeichen bezeichnet, so daß ihre Beschreibung hier nicht erforderlich ist. Es werden nur die Bauteile mit neuen Bezugszeichen beschrieben.

Bezugszeichen 2a und 2b bezeichnen Zündkerzen vom Simultan- Zündungstyp, die elektrische Funken unter Verwendung einer hohen, an den beiden Anschlüssen der Sekundärspule 1b der Zündspule 1 erzeugten Spannung bilden. Bezugszeichen 3 bezeichnet eine spannungsfeste Diode, deren Kathode mit der Zündkerze 2b und deren Anode mit dem positiven Anschluß des Kondensators 9 der Fehlzündungserfassungsschaltung 8 zur Erfassung des Ionenstroms verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 5 zur Schaltung des elektrischen Stroms ist mit dem negativen Anschluß der Primärspule 1a der Zündspule 1 und gleichzeitig mit dem Kondensator 9 der Fehlzündungserfassungsschaltung 8 über den Widerstand 6 und die Hochspannungsdiode 7 verbunden. Auf diese Weise wird dem Kondensator 9 eine positive Vorspannung zugeführt, so daß ein Ladestrom von der Primärspule 1a der Zündspule 1 über den Widerstand 6 und die Hochspannungsdiode 7 zugeführt wird.

Das neue Bezugszeichen 13 bezeichnet eine zweite Diode in gegensinniger Anordnung zur ersten Diode in Form der Diode 11, deren Anode mit der Niederspannungsseite des Kondensators 9 und deren Kathode mit Masse verbunden ist. Die Kathode der zweiten Diode 13 ist mit der Niederspannungsseite des Kondensators 9 und die Anode mit Masse verbunden. Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Operationsverstärker (nachstehend kurz als "OP-Verstärker" bezeichnet) mit einem mit der Anode der Diode 11 verbundenen invertierenden Eingang und einem mit Masse verbundenen nicht invertierenden Eingang, sowie einem zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang angeordneten Rückkopplungswiderstand 15.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8 führt zum Zeitpunkt der Zündung der Brennkraftmaschine eine nicht gezeigte Steuerungseinheit eine Steuerung derart durch, daß der eingeschaltete Transisitor 5 schnell abgeschaltet wird. Der zu diesem Zeitpunkt in der Zündspule 1 fließende Primärstrom wird somit schnell vermindert, so daß die entgegengesetzt gerichtete elektromotorische Kraft der Spule eine hohe Spannung erzeugt. Die auf der Primärseite erzeugte Spannung wird in Abhängigkeit von dem Spulenverhältnis zwischen der Primärspule 1a und der Sekundärspule 1b verstärkt, und die verstärkte Spannung liegt an der Sekundärseite der Zündspule 1 an. Im Ergebnis wird der Zündspule 2a eine negative Spannung von beispielsweise etwa 10 kV bis etwa 25 kV zugeführt, während der Zündkerze 2b eine positive Spannung von etwa 10 kV bis 25 kV zugeführt wird.

Der elektrische Strom, der gemäß Fig. 8 von der Primärseite der Zündspule 1 zum Kondensator 9 über den Widerstand 6 und die Hochspannungsdiode 7 fließt, lädt den Kondensator 9 während der Zeitdauer auf, in der die hohe Spannung auf der Primärseite der Zündspule 1 infolge der entgegengerichteten elektromotorischen Kraft gebildet wird, wobei der Kondensator 9 auf einen von der Zenerdiode 10 begrenzten Spannungspegel (Zenerspannung der Zenerdiode 10, beispielsweise Vz = 50 V) aufgeladen wird. Auf diese Weise ist in dem Kondensator 9 eine zur Erfassung des Ionenstroms ausreichende Ladung gespeichert. In Abhängigkeit von der am aufgeladenen Kondensator 9 anliegenden Spannung wird der durch die Sekundärseite der Zündspule 1 fließende Ionenstrom ermittelt.

Fig. 9 zeigt Signalzeitverläufe an Schaltungspunkten S1 und S2 der in Fig. 8 gezeigten Schaltungsanordnung. Der Signalzeitverlauf S1 repräsentiert die Basisspannung des Transistors 5 zur Steuerung des in der Primärspule 1a der Zündspule 1 fließenden elektrischen Stroms, und der Signalzeitverlauf S2 repräsentiert die Spannung am negativen Anschluß der Primärspule 1a.

Der Transistor 5 wird eingeschaltet während einer EIN- Periode, in der in der Primärspule 1a ein elektrischer Stromfluß bewirkt wird, und wird ausgeschaltet während einer AUS-Periode, in der der elektrische Stromfluß in der Primärspule 1a beendet ist. Wenn der eingeschaltete Transistor 5 ausgeschaltet wird, dann erhöht die entgegengesetzt gerichtete elektromotorische Kraft der Spule die Spannung von S2, d. h. am negativen Anschluß der Primärspule 1a, auf etwa VH = 300 V. Die erhöhte Spannung ist dieselbe wie die zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 5 anliegende Spannung. Während einer Periode, in der die entgegengerichtete elektromotorische Kraft erzeugt wird, fließt ein elektrischer Strom über den Widerstand 6 und die Diode 7 in den Kondensator 9. Auf diese Weise wird der Kondensator 9 auf die Zenerspannung Vz (von beispielsweise 50 V) unter Begrenzung durch die Zenerdiode 10 aufgeladen. Ferner wird die Spannung V2 am negativen Anschluß S2 der Primärspule 1a der Zündspule 1 auf einen Wert von etwa dem Wert der Zenerspannung Vz vermindert, genauer gesagt wird die Spannung V2 vermindert auf einen Wert, der aus der Addition des Spannungsabfalls am Widerstand 6 und der Vorwärtsspannung der Diode 7 hervorgeht.

Die in der Primärspule 1a der Zündspule 1 erzeugte hohe Spannung VH wird sodann in Abhängigkeit von dem Spulenverhältnis zwischen der Primärspule 1a und der Sekundärspule 1b der Zündspule 1 verstärkt, und die hohe Spannung VH wird der mit dem negativen Anschluß der Sekundärspule 1b verbundenen Zündkerze 2a zugeführt, so daß die Zündkerze 2a zündet. Zum Zündzeitpunkt fließt der elektrische Strom in einer durch einen Pfeil 2c angegebenen Richtung, so daß ein Zündfunke mittels der Zündkerze 2a gebildet wird und ein Entladevorgang stattfindet. Das Gemisch in der Brennkammer wird gezündet. Nachdem der Kondensator 9 vollständig aufgeladen ist, ist ein Zustand erreicht, in dem die am Kondensator 9 anliegende Spannung der Zündkerze 2a zugeführt wird. Erfolgt in der Brennkammer 20 zu diesem Zeitpunkt eine Verbrennung, so fließt ein Ionenstrom auf der Sekundärseite der Zündspule 1 in einer durch einen Pfeil 2d angegebenen Richtung.

Der Ionenstrom wird mittels der Fehlzündungserfassungsschaltung 8 in eine Spannung umgesetzt. In Abhängigkeit davon, ob die aus der Umsetzung erhaltene Spannung eine vorgegebene Schwelle überschreitet, wird erkannt, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist. Ist eine Fehlzündung aufgetreten, d. h. hat keine Verbrennung stattgefunden, dann fließt ein sehr kleiner elektrischer Strom, so daß daher auch keine Spannung als Ausgangssignal erscheint. Dabei ist zu beachten, daß die Spannung an dem einen Anschluß S2 der Primärspule 1a der Zündspule 1 allmählich vermindert wird, nachdem der Kondensator 9 seine elektrische Ladung abgegeben hat zum Erreichen der Batteriespannung VBAT der Spannungsversorgung 4. Wird der Transistor im Rahmen der Steuerung ausgeschaltet, dann wird die Spannung zu 0.

Die Spannung an der Niederspannungsseite des Kondensators ist gleich der Spannung am invertierenden Eingang des Umkehrverstärkers bestehend aus dem vorstehend genannten Operationsverstärker 14 und dem Widerstand 15. Wird der Operationsverstärker 14 normal betrieben, dann sind die Spannungen am invertierenden Eingang und am nicht invertierenden Eingang gleich, so daß eine resultierende Spannung von 0 V vorliegt. Wird der Operationsverstärker nicht normal betrieben, d. h. im Falle, daß der elektrische Strom in der durch einen Pfeil 2c angegebenen Richtung fließt und in dem Falle, daß der in einer durch den Pfeil 2d angegebenen Richtung fließende elektrische Strom zu groß ist, dann ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 14 in der Sättigung. Fließt der elektrische Strom in der durch den Pfeil 2c angegebenen Richtung, d. h. in dem Fall, daß der Kondensator 9 in einem geladenen Zustand ist, dann fließt der Ladestrom von der Primärspule 1a zum Kondensator 9 über den Widerstand 6 und die Diode 7, so daß die Spannung an der Niederspannungsseite des Kondensators 9 der Vorwärtsspannung (0,7 V) der ersten Diode 11 entspricht. Ist jedoch der in der durch den Pfeil 2d angegebenen Richtung fließende Strom zu groß und befindet sich daher das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 14 in der Sättigung, dann wird die zweite Diode 13 leitend. Daher wird die an der Niederspannungsseite des Kondensators 9 anliegende Spannung in einem Umfang vermindert, der der Vorwärtsspannung entspricht. Wird der Operationsverstärker 14 normal betrieben, dann ist der Ionenstrom erfaßbar in Form eines Spannungsabfalls am Widerstand 15 und wird umgewandelt in ein Signal im Verhältnis zu Masse, das dann übertragen wird. Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Schaltungsstruktur erreicht die Niederspannungsseite des Kondensators 9 eine kleine Spannungsänderung in Bezug auf die Änderung des elektrischen Stroms. Wird der Operationsverstärker 14 normal betrieben, dann beträgt die an der Niederspannungsseite des Kondensators 9 auftretende Spannung konstant 0 V. Arbeitet hingegen der Operationsverstärker 14 nicht normal, dann wird die der Vorwärtsspannung der Diode entsprechende Spannung ebenfalls konstant gehalten. Aus der Sicht der Niederspannungsseite des Kondensators 9 ist daher die Impedanz der Fehlzündungserfassungsschaltung extrem niedrig. Der vorstehend beschriebene Betrieb vermindert die Impedanz der Schaltung ohne Verschlechterung der Strom/Spannungsumsetzungskennlinie (Erfassungsempfindlichkeit) des Ionenstroms. Im Ergebnis kann daher die dauerhafte Sicherheit gegenüber einem fehlerhaften Betrieb infolge der Streukapazität und der Impedanz der Schaltung erheblich verbessert werden.

Insbesondere kann im Vergleich zum bisher erreichten Grad des Auftretens eines fehlerhaften Betriebs infolge einer Streukapazität von etwa 200 pF der Betrieb noch durchgeführt werden, wenn die Kapazität etwa 2000 pF beträgt und unter Aufrechterhaltung einer ähnlichen Erfassungsempfindlichkeit. Daher kann ein befriedigend großer Betriebsbereich erzielt werden in Bezug auf die in der Praxis vorkommenden Streukapazitäten.

Ein Gerät zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß Fig. 8 weist jedoch die folgenden Probleme auf.

Da der Kondensator 9 zur Erfassung des Ionenstroms mit einem von der Primärspule 1a der Zündspule 1 zugeführten elektrischen Strom geladen wird, wird der Kondensator 9 unabhängig von der Zündung auf der Sekundärseite elektrisch aufgeladen. Wenn daher die Zündkerze 2a ihre elektrische Ladung abgibt, kann der Ionenstrom erfaßt werden. Dabei kann manchmal eine fehlerhafte Erfassung auftreten infolge einer Änderung der Entladespannung auf der Sekundärseite.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fehlzündung in einer Brennkraftmaschine derart auszugestalten, daß die Vorrichtung in der Lage ist, eine fehlerhafte Erfassung zur Sicherstellung einer präzisen Erfassung von Fehlzündungen während einer Zeitdauer zu verhindern, in der sich die auf der Sekundärseite der Zündspule entladende Spannung ändert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fehlzündung in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch

eine Zündspule mit einer Primärspule, deren einer Anschluß mit einer Spannungsquelle und deren anderer Anschluß mit einer Schalteinrichtung verbunden ist, die derart gesteuert wird, daß sie zum Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine geschaltet wird,

eine mit der Sekundärspule der Zündspule verbundene Zündkerze zur Erzeugung einer Entladung in der Brennkammer der Brennkraftmaschine zur Zündung eines Gemischs bei Zufuhr einer hohen Spannung,

eine Fehlzündungserfassungsschaltung mit einem Kondensator, dem von der Primärspule der Zündspule eine Vorspannung zur elektrischen Aufladung zugeführt wird, zur Zuführung der Aufladespannung zu der Zündkerze bei einer Entladung der Zündkerze zur Erzeugung eines Ionenstroms, einer ersten, zwischen die Niederspannungsseite des Kondensators und Masse geschaltete erste Diode mit einer Richtung, in der der elektrische Ladestrom zum Kondensator fließt, einer zweiten Diode, die in Richtung des vom Kondensator kommenden Ionenstroms geschaltet ist, einer zwischen die Hochspannungsseite des Kondensators und Masse geschalteten Ladespannungseinstellungs-Zenerdiode zur Einstellung der Ladespannung des Kondensators, und einem Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang neben der Niederspannungsseite des Kondensators, einem nicht invertierenden, mit Masse verbundenen Eingang, und einem zwischen den invertierenden Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß geschalteten Rückkopplungstransistor, wobei die Fehlzündungserfassungsschaltung das Auftreten einer Fehlzündung in Abhängigkeit von der Erfassung des Ionenstroms ermittelt, und

eine Entladeperiode-Erfassungseinrichtung zur Verhinderung der Übertragung eines Ausgangssignals vom Operationsverstärker während einer Periode, in der die Zündkerze elektrisch entladen wird, zur Vermeidung einer fehlerhaften Erfassung durch die Fehlzündungserfassungsschaltung.

Da die Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung aufweist, kann eine fehlerhafte Erfassung von Fehlzündungen während einer Periode bzw. Zeitdauer vermieden werden, in der sich die Entladespannung ändert, wobei dadurch die Genauigkeit gesteigert wird.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung einer Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 Signalzeitverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine Wertetafel mit logischen Werten zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine Schaltungsanordnung einer bekannten Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine,

Fig. 8 eine Schaltungsanordnung einer Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine mit einer Verhinderung einer fehlerhaften Erfassung infolge des Einflusses von Streukapazitäten, und

Fig. 9 Signalzeitverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel wird nun in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 11 und 13 bis 15 die gleichen Bauelemente wie in der Schaltungsanordnung der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß Fig. 8. Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Zündspule mit einer Primärspule, deren positive Seite mit einer Spannungsquelle 4 verbunden ist. Ein zum Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine geschalteter Transistor 5 ist mit der negativen Seite der Primärspule verbunden.

Bezugszeichen 1a und 1b bezeichnen jeweils die Primärspule und eine Sekundärspule der Zündspule 1. Bezugszeichen 2a und 2b bezeichnen jeweils Zündkerzen vom Simultan-Zündungstyp, die unter Verwendung von hohen, auf der negativen und positiven Seite der Sekundärspule 1b der Zündspule 1 erzeugten Spannungen elektrische Funken bilden. Mit 3 ist eine spannungsfeste Diode zur Erfassung eines Ionenstroms bezeichnet, wobei die Kathode der spannungsfesten Diode 3 mit der Zündkerze 2b und eine Anode mit der positiven Seite eines Kondensators 9 einer Fehlzündungserfassungsschaltung 8 verbunden ist. Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Spannungsquelle und 5 einen Transistor, dessen Kollektor mit der negativen Seite der Primärspule 1a der Zündspule 1, dessen Emitter mit Masse verbunden ist, und dessen Basis von einer nicht gezeigten Steuerungseinheit zur Steuerung der Verbrennung derart gesteuert wird, daß der Transistor 5 als elektrische Schalteinrichtung dient. Die Bezugszeichen 6 und 7 bezeichnen jeweils einen Widerstand und eine Hochspannungsdiode in Reihenschaltung, die mit der negativen Seite der Primärspule 1a der Zündspule 1 verbunden sind. Auf diese Weise wird eine positive Vorspannung von der Primärspule 1a der Zündspule 1 dem Kondensator 9 der Fehlzündungserfassungsschaltung 8 zugeführt. Mit 20 ist eine Brennkammer bezeichnet.

Mit Bezugszeichen 8 ist die Fehlzündungserfassungsschaltung bezeichnet, zur Erfassung, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist, in Abhängigkeit von der Erfassung eines nachstehend noch beschriebenen, aus dem Kondensator 9 fließenden Ionenstroms. Bezugszeichen 9 bezeichnet den Kondensator, der mit der negativen Seite der Primärspule 1a über den Widerstand 6 und die Diode 7 verbunden ist, und der mit der positiven Seite der Sekundärspule 1b über die spannungsfeste Diode 3 zur Bereitstellung einer Vorspannung von der Primärspule 1a zur elektrischen Aufladung verbunden ist. Wenn eine Entladung in den Zündspulen 2a und 2b stattgefunden hat, dann führt der Kondensator 9 den Zündspulen zur Erzeugung eines Ionenstroms in die Sekundärseite der Zündspule 1 die aufgeladene Spannung zu. Mit Bezugszeichen 10 ist eine Zenerdiode bezeichnet zur Einstellung der Ladespannung (beispielsweise mit einer Zenerspannung von Vz = 50 V), wobei die Zenerdiode 10 zwischen der Hochspannungsseite des Kondensators 9 und Masse angeordnet ist zur Einstellung der Spannung, mit der der Kondensator 9 aufgeladen wird. Bezugszeichen 11 bezeichnet eine erste, zwischen die Niederspannungsseite des Kondensators 9 und Masse geschaltete Diode mit einer Schaltrichtung, in der der elektrische Ladestrom dem Kondensator 9 zugeführt wird, wobei die erste Diode 11 in der Weise geschaltet ist, daß ihre Anode neben der Niederspannungsseite des Kondensators 9 angeordnet ist. Mit 13 ist eine zweite Diode bezeichnet, die zwischen die Niederspannungsseite des Kondensators 9 und Masse in einer Richtung geschaltet ist, in welcher der Ionenstrom herausfließt, wobei die zweite Diode 13 in der Weise geschaltet ist, daß ihre Kathode in der Nähe der Niederspannungsseite des Kondensators 9 angeordnet ist. Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Operationsverstärker mit einem invertierenden, mit der Niederspannungsseite des Kondensators 9 verbundenen Eingang, einem nicht invertierenden, mit Masse verbundenen Eingang und einem zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang geschalteten Rückkopplungswiderstand 15.

Das neue Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Widerstand, der mit der negativen Seite der Primärspule 1a der Zündspule 1 verbunden ist. Mit 17 ist eine Entladeperiode- Erfassungseinrichtung in Form einer Zenerdiode bezeichnet, die zwischen dem anderen Ende des Widerstands 16 und dem invertierenden Eingang (der Niederspannungsseite des Kondensators 9) des Operationsverstärkers 14 geschaltet ist, wobei die Zenerdiode 17 eine Zenerspannung von etwa 20 bis 30 V aufweist, die niedriger als die Zenerspannung der Zenerdiode 10 zur Einstellung der Ladespannung ist. Die Zenerdiode 17 zur Erfassung der Entladeperiode ist in einer Richtung geschaltet- in der der elektrische Strom infolge der Zenerspannung dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 zufließt. Der Widerstand 16 und die Zenerdiode 17 bilden eine sekundärseitige Entladeperiode-Erfassungseinrichtung zur Vermeidung einer Übertragung eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers 14 während einer Periode bzw. Zeitdauer, in der die Zündkerzen elektrisch entladen werden, wobei hierdurch eine fehlerhafte Erfassung einer Fehlzündung durch die Fehlzündungserfassungsschaltung 8 vermieden wird.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung wird nachstehend in Verbindung mit den Signalzeitverläufen gemäß Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt Signalzeitverläufe von Punkten S1 bis S3 der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, in der S1 die Basisspannung des Transistors 5 zur Steuerung des elektrischen Stroms auf der Primärseite der Zündspule 1 bezeichnet, S2 das Potential am negativen Anschluß der Primärspule 1a der Zündspule 1 und S3 das Potential am Anschluß der Zündkerze 2a bezeichnet, das mit dem negativen Anschluß der Sekundärspule 1b der Zündspule 1 verbunden ist.

Der Transistor 5 wird während einer EIN-Periode, in der ein elektrischer Strom durch die Primärspule 1a fließt eingeschaltet, und er wird ausgeschaltet in einer AUS- Periode, in der der durch die Primärspule 1a fließende elektrische Strom unterbrochen wird. Wird der eingeschaltete Transistor 5 ausgeschaltet, dann erhöht die entgegengesetzt gerichtete elektromotorische Kraft der Spule die Spannung im Punkt S2, d. h. am negativen Anschluß der Primärspule 1a auf etwa VH = 300 V. Dabei entspricht diese Spannung der beständigen Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 5. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein elektrischer Strom in den Kondensator 9 durch den Widerstand 6 und die Diode 7, so daß der Kondensator 9 auf etwa eine von der Zenerdiode 17 begrenzte Spannung V2 aufgeladen wird.

Die am Punkt S2 erzeugte hohe Spannung wird verstärkt in Abhängigkeit von dem Spulenverhältnis zwischen der Primärspule 1a und der Sekundärspule 1b der Zündspule 1. Daher steigt das Potential am Anschluß S3 der Zündkerze 2a, da es mit dem negativen Anschluß der Sekundärspule 1b verbunden ist auf etwa 30 kV an, so daß an der Zündkerze 2a ein Zündfunke gebildet wird und eine Entladung stattfindet. Das in der Brennkammer 20 befindliche Gemisch wird sodann gezündet. Während der vorstehend beschriebenen Entladeperiode wird die im wesentlichen von der Zenerdiode 10 begrenzte Spannung Vz im Kondensator 9 festgehalten, so daß die hohe Zündspannung VH im Punkt S2 sehr schnell auf im wesentlichen den Spannungswert Vz, begrenzt durch die Zenerdiode 10, vermindert wird. Im Ergebnis wird daher die Spannung S2 vermindert, wobei der elektrische Stromfluß in der durch einen Pfeil 2c angegebenen Richtung auf 0 vermindert wird. Dabei entsteht ein Zustand, in dem die im Kondensator 9 festgehaltene Spannung Vz der Zündkerze 2a zugeführt wird zur Erzielung eines Ionenstroms in einer durch einen Pfeil 2d angegebenen Richtung.

Da der Ionenstrom während der Periode ermittelt werden kann, in der auf der Sekundärseite eine Entladung stattfindet, besteht die Möglichkeit einer fehlerhaften Erfassung infolge einer Änderung der Entladespannung auf der Sekundärseite. In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist jedoch die Spannung auf der negativen Seite der Primärspule 1a, d. h. die Spannung im Punkt S2, im wesentlichen gleich der Zenerspannung Vz = 50 V der Zenerdiode 10, wobei die Spannung die Zenerspannung der Zenerdiode 17 überschreitet. Es fließt daher ein Zenerstrom durch den Widerstand 16 und erreicht die Seite des invertierenden Eingangs (die Niederspannungsseite des Kondensators 9) des Operationsverstärkers 14. Im Ergebnis überträgt daher der Operationsverstärker 14 keine Ausgangssignale während der Periode der elektrischen Entladung auf der Sekundärseite. Auf diese Weise wird die Erfassung eines Ionenstroms während der Periode einer elektrischen Entladung auf der Sekundärseite verhindert, so daß eine fehlerhafte Erfassung durch die Fehlzündungserfassungsschaltung 8 verhindert wird. Da eine fehlerhafte Erfassung während der Periode der Änderung der Entladespannung auf der Sekundärseite verhindert wird, kann ferner die Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine eine hervorragende Genauigkeit erzielen.

Bei der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen einer Brennkraftmaschine mit einer Fehlzündungserfassungsschaltung, die ihrerseits einen Kondensator aufweist, der von der Primärseite unabhängig von einer Zündung auf der Sekundärseite aufgeladen wird, ist somit eine Entladeperiode- Erfassungseinrichtung vorgesehen zur Verhinderung einer Übertragung von Ausgangssignalen des Operationsverstärkers der Fehlzündungserfassungsschaltung 8 während einer Periode bzw. Zeitdauer, in der an der Zündkerze eine Entladung stattfindet. Eine fehlerhafte Erfassung von Fehlzündungen kann daher während der Periode einer Änderung der Entladespannung wirksam verhindert werden. Es ist somit möglich, eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, wirksam eine fehlerhafte Erfassung von Fehlzündungen während einer Änderung in der Entladespannung zur Erzielung einer hervorragenden Genauigkeit zu verhindern.

Im einzelnen ist dabei die Zenerdiode 17 zur Erfassung der Entladeperiode vorgesehen, deren Zenerspannung kleiner als die Zenerspannung der die Ladespannung einstellenden Zenerdiode ist. Die Zenerdiode 17 zur Erfassung der Entladeperiode ist derart geschaltet, daß der elektrische Strom während eines Überschreitens der Zenerspannung in Richtung des invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers 14 fließt. Somit ist die Erfassung des Ionenstroms während einer Entladeperiode verhindert, so daß eine fehlerhafte Erfassung durch die Fehlzündungserfassungsschaltung verhindert wird. Somit kann ebenfalls wirksam eine fehlerhafte Erfassung während einer Periode der Änderung der Entladespannung verhindert werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gemäß Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 11 und 13 bis 15 die gleichen Elemente wie beim ersten Ausführungsbeispiel, so daß deren Beschreibung hier nicht erforderlich ist. Die neuen Bezugszeichen 18 und 19 bezeichnen Versorgungsspannungsteilerwiderstände, die zwischen die Spannungsversorgung 4 und Masse zur Aufteilung der Versorgungsspannung der Spannungsquelle 4 dienen. Die Bezugszeichen 20 und 21 bezeichnen primärseitige Spannungsteilerwiderstände, die zwischen dem negativen Anschluß der Primärspule 1a der Zündspule 1 und Masse geschaltet sind zur Aufteilung der Spannung auf der Primärseite. Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Komparator zur Verarbeitung der Versorgungsspannung und der Spannung auf der Primärseite in Form eines Vergleichs in Abhängigkeit von der Eingabe der durch jeden der Spannungsteilerwiderstände aufgeteilten Spannung zur Übertragung eines Hochpegelsignals für den Fall, daß die Spannung auf der Primärseite höher als die Versorgungsspannung ist. Die vorstehend beschriebenen Spannungsteilerwiderstände 18 bis 21 und der Komparator 22 bilden eine sekundärseitige Entladeperiode-Erfassungseinrichtung zur Verhinderung einer Übertragung eines Ausgangssignals von dem Operationsverstärker 14 während einer Periode, in der die Zündkerze elektrisch entladen wird zur Verhinderung einer fehlerhaften Erfassung durch die Fehlzündungserfassungsschaltung 8.

Bei der derart aufgebauten Schaltungsanordnung wird in einer Periode, in der die Spannung am negativen Anschluß der Primärspule 1a größer als die Versorgungsspannung VBAT, d. h. in der Entladeperiode der Sekundärseite, der Pegel des Ausgangssignals des Komparators 22 angehoben und ein Hochpegelsignal dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 zugeführt. Daher wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 14 nicht übertragen, so daß die Erfassung eines Ionenstroms während der Entladeperiode der Sekundärseite verhindert wird. Auf diese Weise wird eine fehlerhafte Erfassung durch die Fehlzündungserfassungsschaltung 8 verhindert. Somit kann ein im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ähnlicher Effekt erzielt werden.

In der Schaltungsanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht die Entladeperiode- Erfassungsschaltung aus dem Widerstand und dem Komparator ohne eine Zenerdiode, wie sie im ersten Ausführungsbeispiel Verwendung fand. In dem Falle, in dem die Fehlzündungserfassungsschaltung 8 in Form eines monolithischen integrierten Schaltkreises (IC) aufgebaut ist, kann die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung integral auf dem monolithischen IC angeordnet werden. In diesem Falle ist die Zenerspannung (20 V bis 30 V) der Zenerdiode 17 zur Erfassung der Entladeperiode in der Entladeperiode-Erfassungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich zur Zenerspannung (50 V) der Zenerdiode 10 zur Einstellung der Ladespannung in der Fehlzündungserfassungsschaltung 8. Ist die Fehlzündungserfassungsschaltung 8 in Form eines monolithischen IC aufgebaut, dann leidet das erste Ausführungsbeispiel an einem unvorteilhaft schmalen Spannungsbereich, so daß es erforderlich ist, die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung außerhalb anzuordnen. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und im Falle der Ausführung der Fehlzündungserfassungsschaltung in Form eines monolithischen IC, kann die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung integral auf diesem monolithischen IC aufgebaut werden. Dies bringt erhebliche Vorteile bei der Fertigung und Montage.

Dabei unterwirft der vorgesehene Komparator in Form der Entladeperiode-Erfassungseinrichtung die auf der Primärseite in der Primärspule generierte Spannung und die Versorgungsspannung der Spannungsquelle einem Vergleich zur Zuführung eines Hochpegelsignals zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers, falls die Spannung auf der Primärseite größer als die Versorgungsspannung ist. Probleme mit dem Widerstandsspannungsbereich können dabei verhindert werden in dem Fall, daß die Fehlzündungserfassungsschaltung 8 in Form eines monolithischen IC aufgebaut ist. Die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung kann dann integral auf dem monolithischen IC angeordnet werden. Im Ergebnis wird dabei eine erhebliche Verbesserung von Fertigung und Montage erzielt.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß Fig. 4 bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 11 und 13 bis 15 die gleichen Elemente wie bei der Schaltungsanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß deren Beschreibung hier nicht erforderlich ist. Die neuen Bezugszeichen 23 bis 25 bezeichnen Versorgungsspannungsteilerwiderstände zur Aufteilung der Versorgungsspannung der Spannungsquelle 4. Die Bezugszeichen 26 bis 28 bezeichnen primärseitige Spannungsteilerwiderstände zur Aufteilung der Spannung auf der Primärseite. Die Bezugszeichen 29 und 30 bezeichnen Komparatoren zur Verarbeitung der durch die vorstehend genannten Spannungsteilerwiderstände aufgeteilten Spannung auf die Primärseite und der Versorgungsspannung durch einen Vergleich zur Übertragung eines Hochpegelsignals, falls die Spannung auf der Primärseite größer als die Versorgungsspannung ist. Bezugszeichen 31 bezeichnet ein logisches Summenglied zur Erzielung einer logischen Summe aus den Ausgangssignalen der Komparatoren 29 und 30 und zur Ausgabe eines die logische Summe repräsentierenden Ausgangssignals an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14. Die Versorgungsspannungsteilerwiderstände 23 bis 25, die primärseitigen Spannungsteilerwiderstände 26 bis 28, die Komparatoren 29 und 30 und das logische Summenglied 31 bilden eine Entladeperiode-Erfassungseinrichtung zur Verhinderung einer Übertragung eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers 14 während einer Entladeperiode der Zündkerze zur Verhinderung einer fehlerhaften Erfassung durch die Fehlzündungserfassungsschaltung 8.

Die Struktur der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung bewirkt, daß auch dann, wenn ein das Ergebnis des Vergleichs repräsentierendes Ausgangssignal der Komparatoren 29 und 30 einen niedrigen Pegel annimmt während gleichzeitig ein anderes Ausgangssignal auf hohem Pegel liegt, das Hochpegelsignal dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 zugeführt wird. Es wird daher eine Änderung in der Versorgungsspannung in einer Periode verhindert, in der der Transistor 5 eingeschaltet ist und der Ionenstrom während der Entladung nicht erfaßt wird. Auf diese Weise kann eine Erfassungseinrichtung mit hervorragender Erfassungsgenauigkeit erzielt werden.

Die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung weist daher eine Vielzahl von primärseitigen Spannungsteilerwiderständen zur Aufteilung der primärseitigen, in der Primärspule erzeugten Spannung in eine Vielzahl von Spannungen auf, eine Vielzahl von Versorgungsspannungsteilerwiderständen zur Aufteilung der Versorgungsspannung der Spannungsquelle in eine Vielzahl von Spannungen, eine Vielzahl von Komparatoren zur jeweiligen Verarbeitung von primärseitigen, durch Spannungsteilerwiderstände aufgeteilten Spannungen und der Versorgungsspannung durch einen Vergleich, zur Übertragung von Hochpegelsignalen, falls die primärseitige Spannung größer als die Versorgungsspannung ist, sowie ein logisches Summenglied zur Bildung einer logischen Summe von Ausgangssignalen der Komparatoren und zum Zuführen dieser logischen Summe zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14. Auch wenn dabei eines der das Vergleichsergebnis repräsentierenden Ausgangssignale der Komparatoren einen niedrigen Pegel aufweist und das jeweils andere Signal auf hohem Pegel liegt, kann das Hochpegelsignal dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 zugeführt werden. Im Ergebnis kann der Einfluß einer Veränderung in der Versorgungsspannung während einer Periode verhindert werden, in der die mit der Primärspule verbundene und zum Zündzeitpunkt geschaltete Schalteinrichtung eingeschaltet wird. Ferner wird eine Erfassung des Ionenstroms während der Entladeperiode nicht durchgeführt. Auf diese Weise kann eine Erfassungsvorrichtung mit hervorragender Erfassungsgenauigkeit erzielt werden.

Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung einer Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Gemäß Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 11 und 13 bis 15 die gleichen Elemente wie bei der Schaltungsanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß deren Beschreibung hier weggelassen ist. Das neue Bezugszeichen 32 bezeichnet einen ersten Komparator zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 14 und einem ersten eingestellten Wert V1 (beispielsweise 5 V) durch einen Vergleich zur Übertragung eines Hochpegelsignals als Ausgangssignal A, falls das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 14 größer als der erste eingestellte Wert V1 ist. Bezugszeichen 33 bezeichnet einen zweiten Komparator zur Verarbeitung der Spannung auf der Hochspannungsseite des Kondensators 9 und einem zweiten eingestellten Wert (beispielsweise 20 V bis 30 V, ähnlich der Zenerspannung der Zenerdiode 17 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel) durch einen Vergleich zur Übertragung eines Hochpegelsignals als Ausgangssignal B, falls die Spannung auf der Hochspannungsseite des Kondensators 9 größer als der zweite eingestellte Wert ist. Bezugszeichen 34 bezeichnet einen Inverter zur Bildung eines invertierten Ausgangssignals aus dem Ausgangssignal des Komparators 32.

Bezugszeichen 35 bezeichnet ein logisches Summenglied zur Bildung einer logischen Summe des Ausgangssignals des Inverters 34 und des Ausgangssignals des zweiten Komparators 33. Der erste Komparator 32, der zweite Komparator 33, der Inverter 34 und das logische Summenglied 35 bilden eine Entladeperiode-Erfassungseinrichtung zur Verhinderung einer Übertragung eines Ausgangssignals vom Operationsverstärker 14 während einer Periode einer Entladung der Zündkerze zur Vermeidung einer fehlerhaften Erfassung durch die Fehlzündungserfassungsschaltung 8.

Ist gemäß der Schaltungsanordnung von Fig. 5 der Pegel des Ausgangssignals B des zweiten Komparators 33 hoch während einer Entladung auf der Sekundärseite, dann wird der Pegel des Ausgangssignals OUT des logischen Summenglieds 35 angehoben entsprechend der Tabelle der logischen Werte gemäß Fig. 6, in welcher das Ausgangssignal des Komparators 32 mit A, das des zweiten Komparators 33 mit B und das des logischen Summenglieds 35 mit OUT bezeichnet ist. Im Ergebnis wird sodann keine Fehlzündungserfassung durchgeführt. Somit kann eine fehlerhafte Erfassung einer Fehlzündung infolge einer Spannungsänderung während der Entladeperiode verhindert werden, so daß eine Erfassungseinrichtung mit hervorragender Genauigkeit erzielt werden kann. Da die Schaltungsanordnung der Entladeperiode-Erfassungseinrichtung gemäß Fig. 5 lediglich aus den Komparatoren und dem logischen Glied ohne Widerstände und dergleichen besteht, kann die elektrische Leistungsaufnahme erheblich vermindert werden. Besteht die Fehlzündungserfassungsschaltung aus einem monolithischen IC, kann die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung in einfacher Weise integral auf dem monolithischen IC angeordnet werden.

Somit umfaßt die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung einen ersten Komparator zur Verarbeitung eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers und eines ersten eingestellten Werts durch einen Vergleich zur Übertragung eines Hochpegelsignals, falls das Ausgangssignal des Operationsverstärkers größer als der erste eingestellte Wert ist, einen zweiten Komparator zur Verarbeitung der Spannung auf der Hochspannungsseite des Kondensators und einem zweiten eingestellten Wert durch einen Vergleich zur Übertragung eines Hochpegelsignals, falls die Spannung auf der Hochspannungsseite des Kondensators größer ist als der zweite eingestellte Wert, einen Inverter zur Bildung eines invertierten Ausgangssignals des Ausgangssignals des ersten Komparators, und ein logisches Summenglied zur Bildung einer logischen Summe eines Ausgangssignals des Inverters und eines Ausgangssignals des zweiten Komparators. Daher wird der Pegel des Ausgangssignals des logischen Summenglieds angehoben, falls das Ausgangssignal des zweiten Komparators während der Entladeperiode einen hohen Pegel angenommen hat. Somit kann eine fehlerhafte Erfassung von Fehlzündungen infolge einer Spannungsänderung während der Entladeperiode verhindert und damit eine Erfassungseinrichtung mit hervorragender Genauigkeit erzielt werden. Da die Schaltungsanordnung der Entladeperiode-Erfassungseinrichtung lediglich aus den Komparatoren und dem logischen Glied ohne Widerstände oder dergleichen besteht, kann die Fehlzündungserfassungsschaltung 8 in Form eines monolithischen IC ausgebildet werden, wobei die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung auf einfache Weise integral auf dem monolithischen IC angeordnet werden kann. Ferner kann die elektrische Leistungsaufnahme erheblich vermindert werden.

Es war in diesem Zusammenhang Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine derart auszugestalten, daß eine fehlerhafte Erfassung während einer Periode, in der sich die Entladespannung auf der Sekundärseite verändert, verhindert wird und somit eine genaue Erfassung von Fehlzündungen gewährleistet ist.

Zur Lösung der Aufgabe umfaßt daher die Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine einen Kondensator, der mit einer von der Primärseite der Zündspule generierten Vorspannung aufgeladen wird zur Zuführung der Ladespannung zu einer Zündkerze zum Zeitpunkt der Entladung der Zündkerze zur Bildung eines Ionenstroms und einer Fehlzündungserfassung zur Unterscheidung in Übereinstimmung mit der Erfassung des vom Kondensator bereitgestellten Ionenstroms, ob eine Fehlzündung stattgefunden hat, wobei die Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine ferner eine Zenerdiode zur Erfassung einer Entladeperiode umfaßt, die zwischen einem weiteren Anschluß der Primärspule und einem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers angeordnet ist und wobei die Zenerspannung niedriger ist als die Zenerspannung einer Zenerdiode zur Einstellung der Spannung zur Aufladung des Kondensators und in einer Richtung geschaltet ist, in der ein elektrischer Strom während einer Überschreitung der Zenerspannung in Richtung des invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers fließt.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch

    eine Zündspule (1) mit einer Primärspule (1a), deren einer Anschluß mit einer Spannungsquelle (4) und deren anderer Anschluß mit einer Schalteinrichtung (5) verbunden ist, die derart gesteuert wird, daß sie zum Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine geschaltet wird,

    eine mit der Sekundärspule (1b) der Zündspule (1) verbundene Zündkerze (2a, 2b) zur Erzeugung einer Entladung in der Brennkammer (20) der Brennkraftmaschine zur Zündung eines Gemischs bei Zufuhr einer hohen Spannung,

    eine Fehlzündungserfassungsschaltung (8) mit einem Kondensator (9), dem von der Primärspule (1a) der Zündspule (1) eine Vorspannung zur elektrischen Aufladung zugeführt wird, zur Zuführung der Aufladespannung zu der Zündkerze (2a, 2b) bei einer Entladung der Zündkerze (2a, 2b) zur Erzeugung eines Ionenstroms, einer ersten, zwischen die Niederspannungsseite des Kondensators (9) und Masse geschaltete erste Diode (11) mit einer Richtung, in der der elektrische Ladestrom zum Kondensator (9) fließt, einer zweiten Diode (13), die in Richtung des vom Kondensator (9) kommenden Ionenstroms geschaltet ist, einer zwischen die Hochspannungsseite des Kondensators (9) und Masse geschalteten Ladespannungseinstellungs-Zenerdiode (10) zur Einstellung der Ladespannung des Kondensators (9), und einem Operationsverstärker (14) mit einem invertierenden Eingang neben der Niederspannungsseite des Kondensators (9), einem nicht invertierenden, mit Masse verbundenen Eingang, und einem zwischen den invertierenden Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß geschalteten Rückkopplungstransistor (15), wobei die Fehlzündungserfassungsschaltung (8) das Auftreten einer Fehlzündung in Abhängigkeit von der Erfassung des Ionenstroms ermittelt, und

    eine Entladeperiode-Erfassungseinrichtung (16, 17) zur Verhinderung der Übertragung eines Ausgangssignals vom Operationsverstärker (14) während einer Periode, in der die Zündkerze (2a, 2b) elektrisch entladen wird, zur Vermeidung einer fehlerhaften Erfassung durch die Fehlzündungserfassungsschaltung (8).
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung (16, 17) eine Zenerdiode (17) umfaßt, die zwischen dem anderen Anschluß der Primärspule (1a) und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (14) angeordnet ist, wobei die Zenerspannung niedriger als die Zenerspannung der Zenerdiode (10) zur Einstellung der Ladespannung ist, und die in einer Richtung geschaltet ist, in der ein elektrischer Strom während eines Überschreitens der Zenerspannung zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (14) fließt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung (22) einen Komparator (22) umfaßt zur Verarbeitung einer auf der Primärseite in der Primärspule (1a) generierten Spannung und der Versorgungsspannung (VBAT) der Spannungsquelle (4) durch einen Vergleich zum Zuführen eines Hochpegelsignals zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (14), falls die Spannung auf der Primärseite größer als die Versorgungsspannung ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeperiode-Erfassungseinrichtung eine Vielzahl von primärseitigen Spannungsteilerwiderständen (20, 21; 26, 27, 28) zur Aufteilung einer in der Primärspule (1a) generierten primärseitigen Spannung in eine Vielzahl von Spannungen, eine Vielzahl von Versorgungsspannungsteilerwiderständen (18, 19; 23, 24, 25) zur Aufteilung der Versorgungsspannung (VBAT) der Spannungsquelle (4) in eine Vielzahl von Spannungen, eine Vielzahl von Komparatoren (29, 30) zum jeweiligen Verarbeiten der von den Spannungsteilerwiderständen (20, 21; 26, 27, 28) aufgeteilten primärseitigen Spannungen und den Versorgungsspannungen durch einen Vergleich zur Übertragung von Hochpegelsignalen, falls die primärseitige Spannung höher als die Versorgungsspannung ist, und ein logisches Summenglied (31) umfaßt zur Bildung einer logischen Summe von Ausgangssignalen der Komparatoren (29, 30) zum Zuführen des Ausgangssignals der logischen Summe zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (14).
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeperiode-Erfassungseinrichtung einen ersten Komparator (32) zur Verarbeitung eines Ausgangssignales des Operationsverstärkers (14) und eines ersten eingestellten Werts durch einen Vergleich zur Übertragung eines Hochpegelsignals, falls das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (14) größer als der erste eingestellte Wert ist, einen zweiten Komparator (33) zur Verarbeitung einer Spannung der Hochspannungsseite des Kondensators (9) und eines zweiten eingestellten Werts durch einen Vergleich zur Übertragung eines Hochpegelsignals, falls die Spannung der Hochspannungsseite größer als der zweite eingestellte Wert ist, einen Inverter (34) zur Bildung eines invertierten Signals des Ausgangssignals des ersten Komparators (32), und ein logisches Summenglied (35) aufweist zur Bildung einer logischen Summe eines Ausgangssignals des Inverters (34) und eines Ausgangssignals des zweiten Komparators (33).
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze aus Zündkerzen (2a, 2b) vom Simultanzündungstyp besteht, die jeweils entsprechend mit dem negativen Anschluß oder dem positiven Anschluß der Sekundärspule (1b) der Zündspule (1) verbunden sind zur Bildung elektrischer Funken unter Verwendung von an den entsprechenden Anschlüssen anliegenden generierten Spannungen.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (9) in der Weise angeschlossen ist, daß seine Hochspannungsseite mit dem negativen Anschluß der Primärspule (1a) der Zündspule (1) über einen Widerstand (6) und eine Diode (7), sowie über eine spannungsfeste Diode (3) mit dem positiven Anschluß der Sekundärspule (1b) der Zündspule (1) verbunden ist, und die Niederspannungsseite mit Masse über die erste und zweite Diode (11, 13) verbunden ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Widerstand (16), der zwischen die Diode (17) zur Erfassung der Entladeperiode und dem anderen Anschluß der Primärspule (1a) der Zündspule (1) geschaltet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen zwischen die Spannungsquelle (4) und Masse geschalteten Spannungsteilerwiderstand (18, 19) zur Aufteilung der Versorgungsspannung und einen zwischen den anderen Anschluß der Primärspule (1a) der Zündspule (1) und Masse geschalteten Spannungsteilerwiderstand (20, 21) zur Aufteilung der primärseitigen Spannung, wobei der Komparator (22) die mittels der Spannungsteilerwiderstände aufgeteilte Versorgungsspannung und die primärseitige Spannung durch einen Vergleich verarbeitet.






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