DE19647138A1 - Verbrennungszustand-Detektorgerät für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Detektieren des Verbrennungszustands bzw. -qualität in einem Verbrennungsmotor auf der Basis einer Veränderung eines Ionenstroms, der bei der Verbrennung eines Luftkraftstoffgemisches in dem Motor erzeugt wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verbrennungszustands-Detektorgerät für einen Verbrennungsmotor, das mit einer Vorrichtung versehen ist, mit der sich vermeiden läßt, daß eine einer Elektrode einer Zündkerze zum Detektieren des Ionenstroms zugeführte Vorspannung absinkt, um hierdurch eine hohe Zuverlässigkeit bei der Detektion des Ionenstroms und somit des Verbrennungszustands des Motors zu sichern.

Allgemein wird bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern ein Luft-Kraftstoffgemisch einer Verbrennungskammer zugeführt, die innerhalb jedes der Motorzylinder festgelegt ist, um anschließend während eines Kompressionshubs durch einen sich hin- und herbewegenden Kolben in dem Zylinder komprimiert zu werden. Anschließend wird eine Hochspannung einer Zündkerze des Zylinders zugeführt, wodurch ein Funken zwischen Elektroden der Zündkerze aufgrund einer elektrischen Entladung erzeugt wird. Hierdurch wird die Verbrennung der komprimierten Luft-Kraftstoffmischung getriggert. Die Explosionsenergie aufgrund der Verbrennung wird dann in eine Bewegung des Kolbens in einer umgekehrt zu der Bewegung des Kompressionshubs verlaufenden Richtung umgesetzt, und die Bewegung wird in ein Drehmoment übersetzt, das von dem Verbrennungsmotor über eine Kurbelwelle ausgegeben wird.

Während der Verbrennung des komprimierten Luft- Kraftstoffgemisches in dem Motorzylinder werden innerhalb der Verbrennungskammer vorliegende Moleküle ionisiert. Somit fließt durch Zuführen einer Vorspannung zu einer Ionenstrom- Detektionselektrode (die üblicherweise durch eine Elektrode der Zündkerze gebildet wird und so befestigt ist, daß sie zu der Innenseite der Verbrennungskammer hin freiliegt) ein Umfang von Ionen mit elektrischen Ladungen zwischen den Elektroden der Zündkerze. Demnach wird ein Ionenstrom erzeugt.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, variiert die Größe des Ionenstroms mit großer Sensitivität in Abhängigkeit des Verbrennungszustands oder der Verbrennungsqualität innerhalb der Verbrennungskammer. Durch vorteilhaftes Ausnützen dieses Phänomens läßt sich der Verbrennungszustand in dem Motorzylinder selektiv identifizieren oder bestimmen, indem die Verhaltensweisen oder Eigenschaften des Ionenstroms detektiert werden, beispielsweise eines Spitzenwerts hiervon und dgl.

Das Verbrennungszustands-Detektorgerät für den Verbrennungsmotor vom obenerwähnten Typ ist beispielsweise in der japanischen, nichtgeprüften Patentanmeldungs- Veröffentlichung Nr. 104978/1990 (JP-A-2-104978) offenbart. Insbesondere ist in dieser Veröffentlichung ein Gerät offenbart, das zum Detektieren einer Anomalität des Motorbetriebs dient, wie sie durch das Auftreten der Fehlzündung festgelegt ist, auf der Basis des Ionenstroms, der unmittelbar nach der Verbrennung detektiert wird, und zwar unter Einsatz der Elektroden der Zündkerze als Elektroden zum Detektieren des Ionenstroms.

Die Vorspannung zum Detektieren des Ionenstroms ist der Zündkerze mit der gleichen Polarität wie eine Hochspannung zum Zünden (d. h. eine Spannung zum Zünden des Luft- Kraftstoffgemisches) zuzuführen, und zwar über eine Diode, die einer Hochspannung widerstehen kann. In diesem Zusammenhang ist jedoch zu erwähnen, daß die Zündkerze mit den Ausgangsanschlüssen der Sekundärwicklung einer Zündspule verbunden ist, die zum Zuführen der Hochspannung zu der Zündkerze eingesetzt wird.

Für die mit dem Stand der Technik Vertrauten ist ersichtlich, daß beim Starten einer Stromzufuhr zu einer Primärwicklung (beim Starten der Erregung der Primärwicklung) der Zündspule in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert wird, deren Polarität umgekehrt zu derjenigen der Sekundärspannung ist, die bei Unterbrechung des Primärstroms induziert wird. Demnach kann eine solche, nicht gewünschte Situation auftreten, daß die Vorspannung abgesenkt wird, da ein Entladungsstrom dann zu der Zündspule fließen wird.

Ein solches Absenken der Vorspannung kann ebenso dann stattfinden, wenn ein Hochspannungs-Verteilungssystem so ausgebildet ist, daß eine Zündungs-Hochspannung der Zündspule über einen Verteiler zugeführt wird, da die Möglichkeit besteht, daß eine Entladung ausgehend von den Außenelektroden zu der Mittenelektrode des Verteilers auftritt.

Wie sich aus dem Obigen ergibt, liegt bei dem üblichen Verbrennungszustand-Detektorgerät für den Verbrennungsmotor, das bisher bekannt ist, ein Problem dahingehend auf, daß wenn die Ionenstrom-Detektoreinheit mit der Sekundärwicklung der Zündspule verbunden ist, an den Randelektroden des Verteilers eine Spannung mit einer Polarität generiert wird, die umgekehrt zu derjenigen der Zündspannung ist, und zwar beim Starten der elektrischen Erregung der Zündspule. Demnach läßt sich ein Absenken der Vorspannung aufgrund der Entladung der Vorspannung bei der Zündspule nicht vermeiden, was natürlich nachteilig im Hinblick auf die Empfindlichkeit und die Zuverlässigkeit der Ionenstromdetektion ist, und somit ist die Verbrennungszustands-Unterscheidung hierdurch verschlechtert.

Im Hinblick auf den oben beschriebenen Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Verbrennungszustands-Detektorgeräts für einen Verbrennungsmotor, derart, daß sich mit dem Gerät eine ausreichende Ionenstrom-Detektorempfindlichkeit und -zuverlässigkeit gewährleisten läßt, durch Vermeiden oder Unterdrücken einer Entladung der Vorspannung zu der Zündspule, um hierdurch die Vorspannung gegenüber einem Absenken zu schützen.

Im Hinblick auf die obigen und weiteren Aufgaben, die sich anhand der nachfolgenden Beschreibung ergeben, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verbrennungszustand-Detektorgerät für einen Verbrennungsmotor geschaffen, derart, daß das Gerät eine Zündspuleneinheit zum Erzeugen einer Zündhochspannung enthält (d. h. eine Hochspannung zum Triggern der Verbrennung eines Luft- Kraftstoffgemisches), sowie zumindest eine Zündkerze, der die Zündhochspannung über eine Spannungszuführschaltung zugeführt wird, die mit einem Ausgangsanschluß der Zündspuleneinheit verbunden ist, eine Vorspannvorrichtung, die mit der Hochspannungs-Zuführschaltung zum Zuführen einer Hochspannung zu der Zündkerze (den Zündkerzen) verbunden ist, eine Hochspannungs-Schutzvorrichtung, die zwischen dem Ausgangsanschluß der Zündspule und der Vorspannvorrichtung eingefügt ist, eine Ionenstrom-Detektorvorrichtung zum Detektieren von Ionen, die infolge der Entladung der Zündkerze (den Zündkerzen) bei Zuführen der Zündspannung als Ionenstrom generiert werden, der durch die Zündkerze (Zündkerzen) bei Zuführung der Vorspannung hierzu fließt, und eine elektronische Steuereinheit zum Detektieren des Verbrennungszustands oder der Verbrennungsqualität in einem Motorzylinder, der mit der Zündkerze versehen ist, auf der Basis des detektierten Werts des Ionenstroms, wobei die Vorspannungs-Schutzvorrichtung ein Absenken der Vorspannung verhindert, um hierdurch die Gleichmäßigkeit und Zuverlässigkeit des Ionenstrom-Detektionssignals zu gewährleisten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform zum Realisieren des Verbrennungszustands-Detektorgeräts für einen Verbrennungsmotor enthält dieses mehrere, jeweils mit Zündkerzen versehene Zylinder, und die Zündspuleneinheit besteht aus einer Primärwicklung, von der ein Ende mit einer Stromversorgungsquelle verbunden ist, einer Sekundärwicklung, die elektromagnetisch mit der Primärwicklung gekoppelt ist, und einem Leistungstransistor, der mit der Primärwicklung zum Anschalten/Abschalten eines Primärstroms verbunden ist, der durch die Primärwicklung in Ansprechen auf ein Zündsignal fließt, und die Zündhochspannung wird in der Sekundärwicklung bei Unterbrechung des durch die Primärwicklung fließenden Primärstroms induziert. Die Hochspannungs-Zuführschaltung enthält einen Verteiler mit einer Mittenelektrode, der mit einem Ende der Sekundärwicklung verbunden ist, von dem die Zündhochspannung ausgegeben wird, sowie mehreren Randelektroden, die um die Mittenelektrode angeordnet sind, jeweils mit einem Abstand gegenüber desselben, und mehrere Zündkerzen sind jeweils mit den Randelektroden verbunden. Die Vorspannvorrichtung kann mehrere Hochspannungsdioden enthalten, die jeweils mit den Zündkerzen verbunden sind, derart, daß die Vorspannung jeder der Zündkerzen mit gleicher Polarität zugeführt wird wie diejenige der Zündspannung, sowie eine elektrisch mit einem Ende der Primärwicklung der Zündspule verbundene Kapazität zum Laden eines Primärstroms in dieser, der von der Primärwicklung bei Unterbrechung des Primärstroms zugeführt wird, um somit als Vorspannquelle zu dienen. Die Ionenstrom-Detektorvorrichtung kann so entworfen sein, daß sie einen Ionenstrom in jeder der Zündkerzen dadurch detektiert, daß sie die Vorspannung über die jeweils zugeordnete Hochspannungsdiode zuführt. Die elektronische Steuereinheit generiert ein Zündsignal auf Basis einer Betriebszustandsinformation des Verbrennungsmotors, und sie detektiert den Verbrennungszustand in jedem der Motorzylinder auf der Basis des relevanten Ionenstrom-Detektorsignals. Die Vorspannungs-Schutzvorrichtung kann eine Vorspannungs- Schutzdiode enthalten, die zwischen der Sekundärwicklung der Zündspule der Mittenelektrode des Verteilers eingefügt ist, um zu vermeiden, daß die Kapazität in Richtung zu der Zündspule hin entladen wird.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform zum Realisieren des Verbrennungszustands-Detektorgeräts für den Verbrennungsmotor mit mehreren Motorzylindern, die jeweils mit Zündkerzen ausgestattet sind, sind die Motorzylinder in mehrere Zylindergruppen klassifiziert. Die Zündspuleneinheit enthält mehrere Untereinheiten, die jeweils den Zylindergruppen entsprechen, und jede der Zündspulenuntereinheit enthält eine Primärwicklung, von der ein Ende mit einer stromversorgungsquelle verbunden ist, und eine Sekundärwicklung, die elektromagnetisch mit der Primärwicklung gekoppelt ist, sowie einen mit dem einen Ende der Primärwicklung der Zündspule verbundenen Leistungstransistor zum Anschalten/Abschalten eines Primärstroms, der über die Primärwicklung in Ansprechen auf ein Zündsignal fließt. Die Zündspannung wird in der Sekundärwicklung bei Unterbrechung des durch die Primärwicklung fließenden Primärstroms induziert. Die Zündkerzen sind in mehrere Paare entsprechend der Zylindergruppen gruppiert, und in jedem Paar jeweils mit beiden Enden der Sekundärwicklung verbunden. Die Vorspannvorrichtung kann mehrere Hochspannungsdioden enthalten, die mit den Zündkerzen verbunden sind, die jeweils zu den Zylindergruppen gehören, damit jeder der Zündkerzen die Vorspannung mit gleicher Polarität zugeführt wird, wie sie derjenigen der Zündspannung im Hinblick auf eine in jedem Paar der Zündkerzen entspricht, sowie jeweils den Kapazitäten, die elektrisch mit einem Ende der Primärwicklung bei jeder der Zündspuleneinheiten verbunden sind, um in diesen die durch die Primärwicklung zugeführten Spannungen auf zuladen, und zwar jeweils als Vorspannungen bei Unterbrechung des Primärstroms. Die Ionenstrom- Detektorvorrichtung kann so entworfen sein, daß sie das Fließen von Ionenströmen in den Zündkerzen der Zylindergruppen detektiert, indem die Vorspannung über die Hochspannungsdioden hierzu zugeführt wird. Die elektronische Steuereinheit ist so ausgebildet, daß sie das Zündsignal auf Basis der Betriebszustandsinformation des Verbrennungsmotors erzeugt und den Verbrennungszustand oder die Verbrennungsqualität in jedem der Motorzylinder auf Basis der relevanten Ionenstrom-Detektorsignale erfaßt. Die Vorspannungs-Schutzvorrichtung kann Vorspannungs- Schutzwiderstände enthalten, die zwischen den Sekundärwicklungen der Zündspule und den Hochspannungsdioden eingefügt sind, jeweils parallel zu den Hochspannungs- Schutzwiderständen, damit sich die Kapazität nicht in Richtung zu der Zündspule hin entlädt.

Mit den oben beschriebenen Aufbauten des Verbrennungszustands-Detektorgeräts für den Verbrennungsmotor läßt sich ein Absenken der Vorspannung wirksam vermeiden, wodurch sich eine verbesserte Empfindlichkeit für die Detektion des Ionenstroms gewährleisten läßt, was wiederum bedeutet, daß sich der Verbrennungszustand oder die Verbrennungsqualität des Verbrennungsmotors mit hoher Zuverlässigkeit detektieren läßt.

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und zugeordnete Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich einfacher anhand der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen erkennen, die lediglich beispielhaft erfolgt, im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.

Im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung erfolgt ein Bezug auf die Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zum Darstellen eines allgemeinen Aufbaus eines Verbrennungszustands- Detektorgeräts für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm zum Darstellen eines allgemeinen Schaltungsaufbaus des Verbrennungszustands-Detektorgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Nun wird die vorliegende Erfindung detailliert im Zusammenhang mit dem beschrieben, was momentan als bevorzugte und typische Ausführungsformen hiervon betrachtet wird, und zwar in Bezug auf die Zeichnungen. In der folgenden Beschreibung kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bei sämtlichen Ansichten.

Ausführungsform 1

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eines allgemeinen Aufbaus eines Verbrennungszustands-Detektorgeräts für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird davon ausgegangen, daß eine Hochspannung jeweils durch einen Verteiler an Kerzen oder Zündkerzen der einzelnen Motorzylinder verteilt wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Anode einer Onboard-Batterie 1, die eine Stromversorgungsquelle bildet, mit einem Niederspannungsanschluß einer Zündspule 2 verbunden, an dem eine Primärwicklung 2a und eine Sekundärwicklung 2b hiervon gemeinsam angeschlossen sind. Im folgenden wird dieser Anschluß als gemeinsamer Anschluß bezeichnet. Das andere Ende oder der andere Anschluß der Primärwicklung 2a ist mit dem Erdpotential über einen Leistungstransistor 3 verbunden, der zum Anschalten/Abschalten des Primärstroms dient.

Andererseits ist das andere Ende (Hochspannungsseite) der Sekundärwicklung 2b, das als Ausgangsanschluß für eine von der Zündspule 2 ausgegebene Zündhochspannung (d. h. eine Spannung zum Zünden eines Luft-Kraftstoffgemisches) dient, mit einer Rauschunterdrückungs-Reihenschaltung verbunden, die aus einem Widerstand 4 und einer Diode 5 besteht, und ferner mit einer Mittenelektrode 6 eines Verteilers 7, der Randelektroden 7a, . . . , 7d jeweils gemäß den mehreren Zylindern (in dem dargestellten Fall vier Zylinder) enthält.

Die Vorspannungs-Schutzdiode 5 dient zum Vermeiden einer Entladung eine Vorspannung zum Detektieren eines Ionenstroms zu der Zündspule 2 hin, wie konkreter nachfolgend beschrieben wird. In anderen Worten dient die Diode 5 als Vorspannungs- Schutzdiode.

Die Mittenelektrode 6 ist so positioniert, daß sie jeweils infolge den Randelektroden 7a, . . . , 7d mit Lücke gegenüberliegt, wenn sich eine Ausgangswelle des Verbrennungsmotors dreht. Mit den Randelektroden 7a, . . . , 7d sind jeweils Zündkerzen 8a, . . . , 8d verbunden, die jeweils in Zuordnung zu den einzelnen Motorzylindern vorgesehen sind, und Hochspannungsdioden 9a, . . . , 9d (d. h. Dioden, die in der Lage sind, einer Hochspannung zu widerstehen) sind jeweils mit den Zündkerzen 8a, . . . , 8d zum Zuführen einer Vorspannung einer gleichen Polarität wie derjenigen der Zündspannung verbunden.

Ein Paar der Hochspannungsdioden 9a und 9c der Hochspannungsdioden 9a bis 9d weist zugeordnete Anoden auf, die mit einer Ionenstrom-Detektoreinheit 10a verbunden sind, während die Anoden der anderen Hochspannungsdioden 9a und 9d als Paar mit einer anderen Ionenstrom-Detektoreinheit 10b verbunden sind, die mit demselben Aufbau wie die Ionenstrom- Detektoreinheit 10a realisiert ist. Am Rande sei bemerkt, daß in Fig. 2 lediglich der Schaltungsaufbau der Ionenstrom- Detektoreinheit 10a repräsentativ für denjenigen der anderen Einheit 10b gezeigt ist.

Wie sich anhand von Fig. 1 erkennen läßt, enthält die Ionenstrom-Detektoreinheit 10a eine Gleichrichterdiode D1, die mit dem anderen Ende der Primärwicklung 2a verbunden ist, sowie einen Strombegrenzungswiderstand R1, der in Serie zu der Gleichrichterdiode D1 geschaltet ist, eine Spannungsbegrenzungs-Zenerdiode DZ, die in Serie mit dem Widerstand R1 angeschlossen ist, eine Gleichrichterdiode D2, die zwischen der Zenerdiode DZ und Masse eingefügt ist, eine parallel zu der Zenerdiode DZ angeschlossene Kapazität C und einen Ausgangswiderstand R2, der parallel zu der Gleichrichterdiode D2 angeschlossen ist. Es versteht sich von selbst, daß die Ionenstrom-Detektoreinheit 10b im wesentlichen mit demselben Aufbau wie die Ionenstrom- Detektoreinheit 10a realisiert ist.

Die aus der Gleichrichterdiode D1, dem Widerstand R1, der Kapazität c und der Gleichrichterdiode D2 bestehende Reihenschaltung wird zwischen dem einen Ende der Primärwicklung 2a der Zündspule 2 und Masse eingefügt, und die obenerwähnte Reihenschaltung bildet einen Aufladestrompfad, über den ein Ladestrom zu der Kapazität C führt.

In dem Zustand, in dem sich der Leistungstransistor 30 im nichtleitenden oder abgeschalteten Zustand befindet, wird der Kapazität C eine Spannung, ausgehend von der Batterie 1 über die Primärwicklung 2a der Zündspule 2 zugeführt, um so auf eine festgelegte Vorspannung (mehrere 100 V) unter Spannungsbegrenzungsfunktion der Zenerdiode DZ aufgeladen zu werden. Auf diese Weise dient die Kapazität C als Energiequelle (Vorspannvorrichtung) zum Detektieren eines Ionenstroms i.

Der jeweils in beiden Ionenstrom-Detektoreinheiten 10a und 10b enthaltene Aufgangswiderstand R2 dient zum Umsetzen des Ionenstroms i in einen entsprechenden Spannungswert, der bei der elektronischen Steuerung der Einheit 20 als Ionenstrom- Detektionssignal Ei eingegeben wird.

Die elektronische Steuereinheit 20, die durch einen Mikrocomputer gebildet werden kann, bestimmt den Verbrennungszustand oder die Verbrennungsqualität des Verbrennungsmotors auf Basis des Ionenstroms-Detektorsignals Ei. Wird ein nicht zufriedenstellender Verbrennungszustand oder eine nicht zufriedenstellende Verbrennungsqualität detektiert, so führt die elektronische Steuerungseinheit 20 eine geeignete Steuerung durch, um eine solche schlechte Verbrennungsqualität zu vermeiden, und somit die hierdurch bedingten Unannehmlichkeiten.

Ferner ist die elektronische Steuerungseinheit 20 so programmiert, daß sie arithmetisch einen Zündzeitpunkt sowie andere Größen bestimmt, und zwar auf Basis der Motorbetriebszustands-Informationssignale, die über zahlreiche (nicht gezeigte) Sensoren erhalten werden, und sie generiert nicht nur ein Zündsignal P, das dem Schaltsteueranschluß (Gate) des Leistungstransistors 3 zugeführt wird, sondern auch ein Brennstoffeinspritzsignal, das jedem der (nicht gezeigten) Brennstoffeinspritzer zugeführt wird, die jeweils in Zuordnung zu den einzelnen Motorzylindern vorgesehen werden, sowie Treibersignale, die zahlreichen Stellgliedern zugeführt werden, die jeweils für eine Drosselklappe, ein ISC-Ventil (ISC valve) und andere Einheiten vorgesehen sind.

Nun wird unter Bezug auf die Fig. 1 der Betrieb des Verbrennungszustands-Detektorgeräts gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Üblicherweise bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 20 arithmetisch den Zündzeitpunkt und andere Größen in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand, um das Zündsignal P dem Leistungstransistor 3 in einem gewünschten Steuerzeitpunkt zuzuführen, um hierdurch den Anschalt/Abschaltbetrieb des Leistungstransistors 3 zu steuern. Insbesondere wird der Leistungstransistor 3 in Ansprechen auf das Zündsignal P abgeschaltet, wodurch der durch eine Primärwicklung 2a der Zündspule 2 bei leitendem oder angeschalteten Transistor 3 fließende Primärstrom unterbrochen wird. Als Ergebnis hiervon steigt eine parallel zu der Primärwicklung 2a auftretende Primärspannung stark an, wodurch eine Sekundärspannung mit einem Hochspannungspegel (mehrere 10 kV) bei der Sekundärwicklung 2b der Zündspule 2 induziert wird.

Die Sekundärspannung wird ausgehend von der Mittenelektrode 6 des Verteilers 7 über die Randelektroden 7a, . . . , 7d jeweils an die Zündkerzen 8a, . . . , 8d der einzelnen Motorzylinder verteilt, was zu der Funkenentladung in der Verbrennungskammer des Zylinders führt, für den die Zündsteuerung erfolgt, wodurch die Verbrennung des Luft- Kraftstoffgemisches getriggert wird. In diesem Fall wird dann, wenn der Verbrennungszustand normal ist, ein festgelegter Umfang von Ionen um die Zündkerze in der Verbrennungskammer herum erzeugt.

Andererseits wird die Vorspannung, die in der Kapazität C dann erzeugt wird, wenn bei Zündsteuerung der Leistungstransistor 3 abgeschaltet ist, der relevanten Zündkerze der Zündkerzen 8a, . . . , 8d über die zugeordnete Diode der Hochspannungsdioden 9a, . . . , 9d während dem Ionenstrom-Detektormodus zugeführt, der unmittelbar auf die Zündsteuerung (Unterbrechung des Primärstroms) der Zündspule 2 folgt.

In anderen Worten ausgedrückt, wird die Kapazität C entladen, um eine Migration oder Bewegung der Ionen zwischen den Elektroden der Zündkerzen unmittelbar nach dem Verbrennungs/Explosionshub zu bewirken, damit ein Ionenstrom i fließen kann.

Unter Einwirkung der von der Kapazität C zugeführten Vorspannung fließt der Ionenstrom i über einen Strompfad, der sich von dem Massepotential zu der Hochspannungsdiode 9a oder 9d über den Ausgangswiderstand R2 und die Kapazität C erstreckt. In diesem Zeitpunkt wird das Ionenstrom- Detektorsignal Ei, das sich durch die Spannungsumsetzung des Ionenstroms i mit Hilfe des Ausgangswiderstands R2 ergibt, bei der elektronischen Steuereinheit 20 eingegeben, damit es für die Bestimmung des Verbrennungszustands oder der Verbrennungsqualität eingesetzt wird.

Aus dem Vorangegangenen ist ersichtlich, daß durch Einfügen der Vorspannungs-Schutzdiode 5 zwischen dem Ausgangsanschluß der Sekundärwicklung 2b und der Mittenelektrode 6 des Verteilers 7 die Entladung der Vorspannung von der Kapazität zu der Zündspule 2 selbst dann vermieden werden kann, wenn die Spannung mit einer im Vergleich zu derjenigen der Zündspannung (negative Spannung in diesem Fall) umgekehrten Polarität bei dem Ausgangsanschluß der Sekundärwicklung 2b der Zündspule 2 beim Starten des Primärstromflusses durch die Zündspule 2 erzeugt wird (d. h., dem Start in der Erregung der Primärwicklung 2a hiervon). Somit ist die Vorspannung gegenüber einem Absenken geschützt, wodurch sich das Ionenstrom-Detektorsignal Ei mit hoher Genauigkeit erhalten läßt, was wiederum bedeutet, daß sich der Verbrennungszustand oder die Verbrennungsqualität mit hoher Zuverlässigkeit bestimmen läßt.

Obwohl bei der vorhergehenden Beschreibung davon ausgegangen wurde, daß sowohl die Zündspannung (d. h. die Sekundärspannung), die von der Sekundärwicklung 2b der Zündspule 2 zugeführt wird, als auch die Vorspannung, die von der Kapazität c zugeführt wird, eine positive (oder Plus-) Polarität aufweisen, läßt sich einfach erkennen, daß durch Verbinden der Hochspannungsdiode 9a, . . . , 9d und der Vorspannungs-Schutzdiode 5 mit umgekehrter Polarität die Zündspannung und die Vorspannung eine negative Polarität annehmen können.

Ferner erfolgt die vorhergehende Beschreibung unter der Annahme, daß der Verbrennungsmotor ein Vierzylindermotor ist, und die einander gegenüberliegend angeordneten Motorzylinder sind in zwei Gruppen klassifiziert (d. h., eine Zylindergruppe, die jeweils mit den Zündkerzen 8a und 8c vorgesehen ist, und die andere Zylindergruppe, die jeweils die Zündkerzen 8b und 8d aufweist), und der Ionenstrom i wird jeweils durch Einsatz der zwei Ionenstrom-Detektoreinheiten 10a und 10b detektiert. Jedoch ist die Erfindung niemals auf den Vierzylindermotor begrenzt, und es ist auch möglich, die Zahl der Ionenstrom-Detektoreinheiten in Übereinstimmung mit der Zahl der Motorzylinder zu erhöhen oder abzusenken. Anders ausgedrückt ist die Zahl der Zylinder, die sich durch eine Ionenstrom-Detektoreinheit überwachen läßt, niemals auf zwei begrenzt, sondern sie kann in Abhängigkeit von der Zahl der Zylinder des betrachteten Verbrennungsmotors variieren.

Ausführungsform 2

Im Falle des Verbrennungszustands-Detektorgeräts gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wurde ein Hochspannungs- Verteilungssystem eingesetzt, bei der eine Hochspannung jeweils einer der mehreren Zündkerzen 8a, . . . , 8d mit Hilfe des Verteilers 7 zugeführt wird. Es sollte jedoch erwähnt werden, daß ein Niederspannungs-Verteilungssystem oder ein gruppenweises Verteilungssystem ebenfalls eingesetzt werden können.

Die Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm zum allgemeinen Darstellen eines Schaltungsaufbaus des Verbrennungszustands- Detektorgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein gruppenweises Spannungsverteilungsschema angewendet wird. In der Figur stimmen die Komponenten, die anhand der Bezugszeichen 1, 3, 8a, . . . , 8d, 9A, 9B und 10 gekennzeichnet sind, im wesentlichen mit den zuvor unter Bezug auf die Fig. 1 beschriebenen überein. Am Rande sei bemerkt, daß davon ausgegangen wird, daß die Vorspannung von der Ionenstrom- Detektoreinheit 10 mit positiver oder Plus-Polarität zugeführt wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind in Nebeneinanderstellung ein Paar aus einer ersten und zweiten Zündspule 2 und 2A vorgesehen, jeweils in Zuordnung zu einem ersten Paar von Zündkerzen 8a und 8c und einem zweiten Paar von Zündkerzen 8b und 8d, und das erste Paar von Zündkerzen 8a und 8c ist jeweils mit beiden Enden der Sekundärwicklung 2b der ersten Zündspule 2 verbunden, während das zweite Paar der Zündkerzen 8b und 8d mit beiden Enden der Sekundärwicklung 2Ab der zweiten Zündspule 2A verbunden ist.

Andererseits ist die Hochspannungsdiode 9 mit einer Elektrode der Zündkerze 8c verbunden, und die Hochspannungsdiode 9A ist mit einer Elektrode der Zündkerze 8d verbunden, so daß sich die Vorspannungen den Zündkerzen 8c und 8d mit gleicher Polarität wie diejenige der Zündspannung zuführen lassen. Es ist ferner hinzuzufügen, daß die Ionenstrom-Detektoreinheit 10 aus zwei Ionenstrom-Detektoreinheiten 10a und 10b (Untereinheiten) besteht, wie im Fall der ersten Ausführungsform, obgleich die Darstellung weggelassen ist.

Bei den Sekundärwicklungen 2b und 2Ab der Zündspulen 2 und 2A sind die Enden mit negativer (Minus-)Polarität jeweils direkt mit den Zündkerzen 8a und 8b verbunden, während die anderen Enden (mit positiver (Plus-)Polarität) der Sekundärwicklungen 2b und 2Ab jeweils mit den Zündkerzen 8c und 8d über die Vorspannungs-Schutzwiderstände 14 und 14A verbunden sind, und die Zünddioden 15 und 15A sind jeweils parallel an die Vorspannungs-Schutzwiderstände 14 und 14A angeschlossen, in Vorwärtsrichtung betrachtet aus der Richtung, in der der Sekundärstrom der Zündspule fließt.

Ferner weist die Hochspannungsdiode 9 eine Kathode auf, die mit einer Verbindungsstelle zwischen der Zündkerze 8c und der Parallelverbindung des Vorspannungs-Schutzwiderstands 14 und der Zünddiode verbunden ist. Andererseits ist die Kathode der Hochspannungsdiode 9A mit einer Verbindungsstelle zwischen der Zündkerze 8d und der Parallelverbindung des Vorspannungs- Schutzwiderstands 14A und der Zünddiode 15A verbunden.

Demnach werden bei Detektion des Ionenstroms die Zündkerzen 8c und 8d direkt mit der Vorspannung beaufschlagt, ausgehend von jeweils einem Ende der Hochspannungsdiode 9 und 9A, wohingehend die Zündkerzen 8a und 8b mit den Vorspannungen jeweils über die Vorspannungs-Schutzwiderstände 14 und 14A und die Sekundärwicklungen 2b und 2Ab beaufschlagt werden.

Nun erfolgt eine Beschreibung des Betriebs des in Fig. 2 gezeigten Verbrennungszustands-Detektorgeräts, wobei die Aufmerksamkeit jeweils auf das Paar der Zündkerzen 8a und 8c gelenkt wird. Während des normalen Zündsteuerungsbetriebs fließt der Sekundärstrom der Zündspule 2 entlang einem Strompfad, der sich von der Zündkerze 8a zu der Zündkerze 8c erstreckt, über die Sekundärwicklung 2b und die Zünddiode 5, wodurch die Zündkerzen 8a und 8c jeweils mit den Zündspannungen beaufschlagt werden, deren Polaritäten umgekehrt zueinander sind.

Andererseits kann während des Ionenstrom-Detektorbetriebs, der unmittelbar auf die Zündsteuerung folgt, der Ionenstrom i lediglich über die Zündkerze des Zylinders fließen, in dem der Explosionshub tatsächlich stattfindet. In diesem Fall wird aufgrund der Tatsache, daß die Vorspannungs- Schutzwiderstände 14 zwischen der Hochspannungsdiode 9 und dem einen Ende der Sekundärwicklung 2b eingefügt sind, das Entladen der Vorspannung zu der Zündspule 2 beim Starten der Erregung der Primärwicklung 2a der Zündspule 2 vermieden.

Demnach läßt sich der Ionenstrom i mit hoher Genauigkeit detektieren, was natürlich bedeutet, daß der Verbrennungszustand oder die Verbrennungsqualität der Verbrennungsmotors mit hoher Zuverlässigkeit bestimmt oder identifiziert werden können.

Obgleich die vorhergehende Beschreibung des Verbrennungszustands-Detektorgeräts gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit der Annahme erfolgte, daß die Vorspannung mit positiver Polarität zugeführt wird, und die Parallelschaltung jeweils des Vorspannungs- Schutzwiderstands 14 und der Zünddiode 15 sowie des Vorspannungs-Schutzwiderstands 14A und der Zünddiode 15A zwischen den einen Enden der Sekundärwicklungen 2B und 2Ab und jeweils den einen Elektroden der Zündkerzen 8c und 8d angeschlossen sind, ist zu erkennen, daß sich der Schaltungsaufbau auch zum Zuführen der Vorspannung mit negativer Polarität ebenso anpassen läßt. In diesem Fall können jeweils die Vorspannungs-Schutzwiderstände 14 und 14A und die Zünddiode 15 und 15A zwischen den einen Enden der Sekundärwicklungen 2b und 2Ab und Zündkerzen 8a und 8b angeschlossen sein, und die Vorwärtsrichtungen der Hochspannungsdiode 9 und 9A sowie diejenigen der Zünddiode 15 und 15A sind umgekehrt.

Ferner versteht es sich unabhängig davon, daß die Beschreibung unter der Annahme erfolgte, daß der Verbrennungsmotor ein Vierzylindermotor ist, und daß ein paar von Ionenstrom-Detektoreinheiten 10 jeweils für die zwei Paare der Zylinder vorgesehen ist, von selbst, daß sich die Zahl der Ionenstrom-Detektoreinheiten 10 zum Detektieren der Ionenströme in Übereinstimmung mit der Zahl der Motorzylinder erhöhen oder verringern läßt.

Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind im Licht der zuvor beschriebenen Techniken möglich. Es ist demnach zu erkennen, daß sich innerhalb des Schutzbereichs der angefügten Patentansprüche die Erfindung anders als hier spezifisch beschrieben praktisch umsetzen läßt.

Claims (3)

1. Verbrennungszustands-Detektorgerät für einen Verbrennungsmotor, enthaltend:

• - eine Zündspuleneinheit (2, 3) zum Erzeugen einer Zündspannung;
• - zumindest eine Zündkerze (8a, . . . , 8d), der die Zündspannung über eine Hochspannungs- Zuführschaltung (7) zugeführt wird, die mit einem Ausgangsanschluß der Zündspuleneinheit (2, 3) verbunden ist;
• - eine Vorspannungs-Vorrichtung (9), die mit der Hochspannungs-Zuführschaltung (7, 2b; 2Ab) zum Zuführen einer Vorspannung zu der Zündkerze (den Zündkerzen) (8a, . . . , 8d) verbunden ist;
• - eine Vorspannungs-Schutzvorrichtung (4, 5; 14, 15), die zwischen dem Ausgangsanschluß der Zündspule (2; 2A) und der Vorspannungs-Vorrichtung (9) eingefügt ist;
• - eine Ionenstrom-Detektorvorrichtung (10; 10a, 10b) zum Detektieren von Ionen, die nach der Entladung der Zündkerze (den Zündkerzen) (8a, . . . , 8d) bei Zuführen der Zündspannung als Ionenstrom (i) erzeugt werden, der über die Zündkerze (die Zündkerzen) (8a, . . . , 8d) bei Zuführung der Vorspannung zu der Zündkerze (den Zündkerzen) (8a, . . . , 8d) fließt; und
• - eine elektronische Steuerungseinheit (20; 20A) zum Detektieren des Verbrennungszustands in einem Motorzylinder, der mit der Zündkerze ausgestattet ist, auf Basis des Detektionswerts des Ionenstroms (i); derart
• - daß die Vorspannungs-Schutzvorrichtung (4, 5; 14, 15) ein Absenken der Vorspannung zum Gewährleisten der Zuverlässigkeit des Ionenstrom-Detektorsignals (Ei) verhindert.

2. Verbrennungszustands-Detektorgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor mehrere Zylinder, jeweils mit Zündkerzen (8a bis 8d) versehen, enthält, derart,

• - daß die Zündspuleneinheit (2) enthält:
• - eine Primärwicklung (2a), von der ein Ende mit einer Stromversorgungsquelle (1) verbunden ist, sowie eine Sekundärwicklung (2b), die elektromagnetisch mit der Primärwicklung (2a) gekoppelt ist; und
• - einen mit der Primärwicklung (2a) der Zündspule (2) verbundenen Leistungstransistor (3) zum Anschalten/Abschalten eines über die Primärwicklung (2a) fließenden Primärstroms in Ansprechen auf ein Zündsignal (P); derart
• - daß die Zündspannung in der Sekundärwicklung (2b) bei Unterbrechung des über die Primärwicklung (2a) fließenden Primärstroms induziert wird;
• - die Hochspannungs-Zuführschaltung einen Verteiler (7) mit einer Mittenelektrode (6) enthält, die mit einem Ende der Sekundärwicklung (2b) verbunden ist, von der die Zündspannung ausgegeben wird, sowie mit mehreren Randelektroden (7a bis 7d), die um die Mittenelektrode (6) jeweils mit einem Zwischenabstand hierzu angeordnet sind;
• - die mehreren Zündkerzen (8a, . . . , 8d) mit den mehreren Elektroden (7a bis 7d) jeweils in Zuordnung zu den Zylindern verbunden sind;
• - die Vorspannvorrichtung enthält:
• - mehrere Hochspannungsdioden (9a bis 9d), die jeweils mit den Zündkerzen (8a bis 8d) derart verbunden sind, daß sie die Vorspannung jeder der Zündkerzen (8a, . . . , 8d) mit gleicher Polarität wie die Zündspannung zuführen; und
• - eine elektrisch mit einem Ende der Primärwicklung (2a) der Zündspule (2) verbundene Kapazität (C) zum Laden einer Spannung in derselben, die von der Primärwicklung (2a) als Vorspannung bei Unterbrechung des Primärstroms zugeführt wird; und derart, daß
• - die Ionenstrom-Detektorvorrichtung einen Ionenstrom in jeder der Zündkerzen durch Zuführen der Vorspannung zu diesen über zugeordnete Hochspannungsdioden (9a bis 9d) detektiert;
• - die elektronische Steuerungseinheit (20) ein Zündsignal (P) auf Basis von Betriebszustandsinformation für den Verbrennungsmotor erzeugt und den Verbrennungszustand in jedem der Motorzylinder auf der Basis des relevanten Ionenstrom-Detektorsignals (Ei) detektiert;
• - die Vorspannungs-Schutzvorrichtung eine Vorspannungs-Schutzdiode (5) enthält, die zwischen der Sekundärwicklung (2b) der Zündspule (2) und der Mittenelektrode (6) des Verteilers (7) eingefügt ist, damit die Kapazität (7) nicht in Richtung zu der Zündspule (2) hin entladen wird.

3. Verbrennungszustands-Detektorgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

• - der Verbrennungsmotor mehrere Zylinder enthält, die jeweils mit mehreren Zündkerzen (8a bis 8d) versehen sind, und daß die Zylinder in mehrere Zylindergruppen klassifiziert sind, derart,
• - daß die Zündspuleneinheit mehrere Zündspulenuntereinheiten (2, 2A) jeweils dementsprechend zu den Zylindergruppen enthält, und jeder der Zylinderspulenuntereinheiten enthält:
• - eine Primärwicklung (2a; 2Aa), von der ein Ende mit der Stromversorgungsquelle (1) verbunden ist, sowie eine Sekundärwicklung (2b; 2Ab), die elektromagnetisch mit der Primärwicklung (2a; 2Aa) gekoppelt ist; und
• - eine mit einem Ende der Primärwicklung (2a; 2Aa) der Zündspule (2; 2A) verbundenen Leistungstransistor (3,; 3A) zum Anschalten/Abschalten eines Primärstroms, der über die Primärwicklung (2a; 2Aa) in Ansprechen auf ein Zündsignal (P) fließt;
• - die Zündspannung in der Sekundärwicklung (2b; 2Ab) bei Unterbrechung des über die Primärwicklung (2a; 2Aa) fließenden Primärstroms induziert und von der Sekundärwicklung (2b; 2Ab) abgeleitet wird; und
• - die Zündkerzen (8a, 8c; 8b, 8d) in mehrere Paare gruppiert sind, entsprechend der Zylindergruppen, und in jedem Paar jeweils mit beiden Enden der Sekundärwicklung (2b; 2Ab) verbunden sind; und
• - die Vorspannvorrichtung enthält:
• - mehrere Hochspannungsdioden (9; 9A), die mit den Zündkerzen (8a, 8c; 8b, 8d) verbunden sind, die jeweils den einzelnen Zylindergruppen zugehören, derart, daß die Vorspannung jeder der Zündkerzen (8a, 8c; 8b, 8d) mit derselben Polarität wie derjenigen der Zündspannung zugeführt wird, und zwar im Hinblick auf eines der Paare der Zündkerzen (8c; 8d); und
• - Kapazitäten (C) jeweils elektrisch dem einen Ende der Primärwicklungen (2a; 2Aa) der Zündspulen (2; 2A) verbunden sind, damit in diesen eine von den Primärwicklungen (2a; 2Aa) zugeführte Spannung aufgeladen wird, jeweils als Vorspannungen bei Unterbrechung der Primärströme; und
• - die Ionenstrom-Detektorvorrichtung (10; 10A, 10B) Ionenströme in den Zündkerzen der Zylindergruppen detektiert, indem die Vorspannungen zu diesen über die Hochspannungsdioden (9; 9A) zugeführt werden;
• - die elektronische Steuerungseinheit (20A) ein Zündsignal (P) auf Basis von Betriebszustandsinformation des Verbrennungsmotors erzeugt, und den Verbrennungszustand in jedem der Motorzylinder auf Basis des relevanten Ionenstrom- Detektorsignals (Ei) detektiert;
• - die Vorspannungs-Schutzvorrichtung Vorspannungs- Schutzwiderstände (14; 14A) enthält, die zwischen den Sekundärwicklungen (2b; 2Ab) der Zündspule (2; 2A) und den Hochspannungsdioden (9; 9A) eingefügt sind, sowie Zünddioden (15; 15A), die parallel zu den Vorspannungs-Schutzwiderständen (14; 14A) angeschlossen sind, damit ein Entladen der Kapazitäten (C) in Richtung zu den Zündspulen (2, 2A) vermieden wird.