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Dokumentenidentifikation DE102005027396A1 15.02.2007
Titel Zündvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen
Anmelder Stiebel Eltron GmbH & Co. KG, 37603 Holzminden, DE
Erfinder Nolte, Hubert, 37671 Höxter, DE;
Herrs, Martin, 37671 Höxter, DE
DE-Anmeldedatum 13.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005027396
Offenlegungstag 15.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2007
IPC-Hauptklasse F02P 3/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Bei einem Verbrennungsmotor ist eine Ionisationsmessvorrichtung in den Zündspannungskreis geschaltet. Für die Weiterleitung des Ionisationssignals an eine Auswerteeinheit wird dieselbe Leitung benutzt, die das Signal zur Triggerung der Leistungselektronik zum Auslösen des Zündimpulses führt. Somit wird über eine Leitung das Ionisationssignal und der Zündimpuls geführt. Dabei ist das Ionisationssignal mit dem Auslösesignal über entsprechende Mittel zusammengeschaltet. Die Signale werden über entsprechende Mittel getrennt und getrennt voneinander verarbeitet.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen sowie ein Verfahren zur Durchführung von Ionisationsmessungen an Verbrennungskraftmaschinen.

Mit Hilfe von Ionisationsmessungen im Brennraum von Verbrennungskraftmaschinen lassen sich detaillierte Aussagen über charakteristische Größen des Verbrennungsprozesses ableiten. Dies sind u. a. die Luftzahl der Verbrennung, der Brennbeginn, der Druckverlauf während der Verbrennung, die verschleppte Zündung, das Klopfen, Zündaussetzer o. dgl.

Hierzu wird ein Sensorelement üblicherweise an einer repräsentativen Position im Brennraum angeordnet. Typischerweise handelt es sich hierbei um ein elektrisch leitfähiges Element, welches mit Hilfe eines Isolators gegenüber dem Potential des Brennraums isoliert ist.

Über eine Signalleitung wird eine Messspannung angelegt, und in Abhängigkeit des Verbrennungsverlaufes fließt ein Strom durch die ionisierten Verbrennungsgase vom Sensorelement zur Brennraummasse. Ein derartiger Strom wird nachfolgend ausgewertet.

Ionisationsmessvorrichtungen werden typischerweise in den Zündspannungskreis eines Verbrennungsmotors geschaltet. Der Zündspannungskreis besteht hierbei aus einer Zündspuleneinheit, einer Zündkerze sowie einer elektrischen Verbindung zwischen beiden. Die Zündspuleneinheit kann vorteilhafterweise die Leistungselektronik zum Anschalten der Primärspule an die Energieversorgung zum Auslösen des Zündfunkens enthalten.

Dabei wird die Energie zum Durchführen einer Ionisationsmessung entweder bei der Zündung dem Zündkreis entnommen oder wird von einer externen Energiequelle zugeführt. Ein Ionisationsstrom bewirkt einen Spannungsabfall an einem Messwiderstand und wird über eine Messleitung an die den Ionisationsverlauf weiterverarbeitenden und auswertenden Einheiten des Motormanagements weitergeleitet. Ein derartiger Aufbau weist jedoch den Nachteil auf, dass eine zusätzliche Leitung erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündeinheit und ein Verfahren zur Durchführung von Ionisationsmessungen an Verbrennungskraftmaschinen vorzusehen, bei der zur Weiterleitung des Ionisationssignals an die den Ionisationsverlauf weiterverarbeitenden und auswertenden Einheiten keine zusätzliche Leitung erforderlich ist.

Erfindungsmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass für die Weiterleitung des Ionisationssignals an die Auswerteeinheit die selbe Leitung benutzt wird, die das Signal zur Triggerung der Leistungselektronik zum Auslösung des Zündimpulses führt. Das Ionisationssignal wird in der Zündeinheit über entsprechende Mittel mit dem Auslösesignal für die Zündung zusammengeschaltet, so können beide Signale über eine Leitung weitergeleitet werden. In der den Zündimpuls steuernden und das Ionisationssignal weiterverarbeitenden Einheit werden die Signale wieder über entsprechende Mittel getrennt und getrennt voneinander verarbeitet.

Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Zünden,

2 zeigt ein Blockschaltbild einer Motorelektronikeinheit,

3 zeigt ein Blockschaltbild eines Kopplungsmittels aus 1, und

4 zeigt ein Schaltbild einer Zündeinheit gemäß der Erfindung.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für die Zündung und die Generierung des Ionisationssignals. Diese Vorrichtung weist eine Zündspule 1, einen Ionisationsdetektor 4, eine Leistungselektronik-Zündungseinheit 5, ein Kopplungsmittel 6 sowie eine Diode 8 auf. Die Vorrichtung ist ferner über eine Verbindungsleitung 3 mit einer Zündkerze 2 verbunden. Die Vorrichtung weist ferner einen Anschlussstecker 7 auf, welcher drei Pole, nämlich 7a, 7b und 7c, aufweist.

Die Zündspule 1 besteht aus Primärwicklung 1a und Sekundärwicklung 1b. Die Primärwicklung 1a ist an ihrem einen Anschluss an die Spannungsversorgungsleitung 13 geschaltet, die üblicherweise das Potential des Pluspols des KFZ-Bordnetzes führt. Die Primärwicklung 1a ist an ihrem zweiten Anschluss an die Leistungselektronik-Zündeinheit 5 angeschaltet. Die Leistungselektronik-Zündeinheit 5 weist einen Halbleiterschalter auf, der bei einem Triggerimpuls auf der Zündauslöseleitung 10 den zweiten Anschluss der Primärwicklung 1a gegen Spannungsversorgungsmasse 14 schaltet, die üblicherweise das Potential des Minuspols des KFZ-Bordnetzes führt.

Die Zündspule 1 wirkt als Trafo, d. h. in der Sekundärwicklung 1b induziert sich die Zündspannung, die zum Ionisationsdetektor 4 weitergeleitet wird. Die am zweiten Anschluss der Sekundärwicklung 1b angeschaltete Diode 8 bewirkt eine Sperrung eines potenzialmäßig unerwünschten Anteils der Zündspannung.

Der Ionisationsdetektor 4 leitet den Zündimpuls über Verbindungsleitung 3 an die Zündkerze 2. Der Rückfluss des Zündstroms erfolgt über die Spannungsversorgungsmasse 14. Nach Abreißen des Zündstroms legt der Ionisationsdetektor 4 eine Messspannung an die Zündkerze 2 an. In Abhängigkeit des Verbrennungsablaufs an der Zündkerze fließt ein Ionisationsstrom von der Zündelektrode der Zündkerze 2 zur Brennraummasse. Im Ionisationsdetektor 4 wird proportional zum Ionisationsstrom eine Ionisationsmessspannung generiert, die an die Ionisationsmessleitung 11 angelegt wird. An das Kopplungsmittel 6 ist sowohl die Ionisationsmessleitung 11 als auch die Zündauslöseleitung 10 angeschaltet. Beide Signale werden im Kopplungsmittel 6 auf der Zünd/Ionisationsleitung 12 zusammengeschaltet. Dieses Kopplungsmittel 12 koppelt die Ionisationsmessleitung 11 und die Zündauslöseleitung 10 in selektiver Weise an die Zünd/Ionisationsleitung 12 an. Die Zünd/Ionisationsleitung 12 stellt die Signalleitung dar, mit der das Motormanagement einer Verbrennungskraftmaschine sowohl den Zündimpuls auslöst als auch das Ionisationssignal zugeführt bekommt.

Sendet das Motormanagement einen Triggerimpuls für die Zündauslösung, so wird dieser vom Koppelmittel 6 über Zündauslöseleitung 10 an die Leistungselektronik 5 weitergeleitet. Eine unerwünschte Signalveränderung durch die Anschaltung des Ionisationsdetektor 4 über die Ionisationsmessleitung 11 darf nicht erfolgen. Wenn der Ionisationsdetektor 4 ein Ionisationsstrom detektiert und die Ionisationsmessspannung über die Ionisationsmessleitung 11 an das Kopplungsmittel 6 weiterleitet, so muss das Kopplungsmittel 6 diese Spannung an die Zünd/Ionisationsleitung 12 weiterleiten. Eine unerwünschte Signalveränderung durch die Anschaltung der Leistungselektronik 5 über Zündauslöseleitung 10 darf nicht erfolgen.

Spannungsversorgungsleitung 13, Spannungsversorgungsmasse 14 und Zünd/Ionisationsleitung 12 werden auf des Anschlussstecker 7 geschaltet und belegen die Pole 7a, 7b und 7c.

2 zeigt ein Blockdiagramm einer Motorsteuerelektronik einer Verbrennungskraftmaschine. Diese Motorsteuerelektronikeinheit weist eine Ionisationsauswerteeinheit 21, eine Zündungsmanagementeinheit 22, ein zweites Kopplungsmittel 20, einen Anschlussstecker 23 sowie eine Spannungsversorgung 29 auf.

Über eine Verbindungsleitung zwischen der Vorrichtung zum Zünden und der Motorelektronik ist der Anschlussstecker 23 der Motorelektronik 27 mit dem Anschlussstecker 7 der Zünd/Ionisationseinheit 9 verbunden, die Pole mit gleichen Buchstabenindizes sind elektrisch zusammengeschaltet. Die Spannungsversorgung 29 versorgt über die Leitungen 27 und 28 den Anschlussstecker 23 und damit die Zündeinheit 9 mit Spannung.

Die Zünd/Ionisationsleitung 24 der Motorelektronik 27 ist an das Kopplungsmittel 20 der Motorelektronik angeschlossen. Das Kopplungsmittel 20 der Motorelektronik ist ferner über die Verbindungsleitung 26 mit dem Zündmanagement 22 und über die Verbindungsleitung 25 mit der Ionisationsauswertung 21 verbunden.

Zur Zündung leitet das Kopplungsmittel 20 der Motorelektronik den im Zündmanagement 22 generierten Zündimpuls zum Anschlussstecker Pol 23b und damit zur Zündeinheit 9 weiter. Eine Ionisationsmessspannung von der Zündeinheit, die am Anschlussstecker Pol 23b anliegt wird vom Kopplungsmittel der Motorelektronik 20 über Leitung 25 an die Ionisationsauswertung 21 weitergeleitet.

3 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Kopplungsmittels gemäß 1. Das Kopplungsmittels weist einen ersten spannungsabhängigen Widerstand 30, einen zweiten spannungsabhängigen Widerstand 31, einen ersten Widerstand 32, einen zweiten Widerstand 33 und einen dritten Widerstand 34 auf.

Die eingezeichneten an das Kopplungsmittel angeschlossenen Leitungen korrespondieren mit denen aus 1. Das Kopplungsmittel 6 selbst enthält einen ersten Pfad zur Weiterleitung des Zündtriggerimpulses bestehend aus dem ersten spannungsabhängigen Widerstand 30 und einem ersten Widerstand 32, der gegen Masse geschaltet ist. Das Kopplungsmittel 6 enthält weiterhin einen zweiten Pfad zur Weiterleitung des Ionisationssignals bestehend aus den zweiten und dritten Widerständen 33 und 34 sowie einen spannungsabhängigen Widerstand 31, der gegen Masse geschaltet ist.

Beide Pfade sind selektiv für die ihnen zugedachten Signalteile leitend, während sie die ihnen nicht zugedachten Signalteile sperren bzw. nicht ungünstig beeinflussen. In Fall einer Zündungsauslösung verhindert Widertand 33 eine unerwünschte Dämpfung des Zündtriggerimpulses, der jedoch die Schwellspannung von spannungsabhängigen Widerstand 30 zur Auslösung einer Zündung passieren kann. Im Fall einer Ionisationsmessung jedoch verhindert die Schwellspannung von spannungsabhängigen Widerstand 30 eine unerwünschte Dämpfung der Ionisationsmessspannung, d. h. diese kann die Widerstandskombination 33 und 34 passieren.

Die spannungsabhängigen Widerstände 30 und 31 können als Varistoren, Dioden, Zenerdioden oder einer Kombination dieser Bauteile ausgeführt sein.

4 zeigt ein Schaltbild einer Zündeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau der Zündeinheit in 4 entspricht dabei dem Aufbau der Zündeinheit in 1. Der Ionisationsdetektor 4, das Kopplungsmittel 6 sowie die Leistungselektronik-Zündeinheit 5 sind in 4 detailliert gezeigt. Das erste Kopplungsmittel 6 weist einen ersten Widerstand 61 und einen zweiten Widerstand 64 auf. Das Kopplungsmittel 6 weist ferner eine erste Diode 62 und eine zweite Diode 63 auf. Die Leistungselektronik-Zündeinheit 5 weist eine Diode 52 und einen Transistor 51 auf. Der Ionisationsdetektor 4 weist einen ersten Widerstand 43 und einen zweiten Widerstand 44, einen Kondensator 42 sowie einer ersten spannungsabhängigen Widerstand 40 und einen zweiten spannungsabhängigen Widerstand 41 auf.

Das Kopplungsmittel beinhaltet die Bauteile 61, 62, 63 und 64. Die Leistungselektronik beinhaltet die Bauelemente 52 und 52. Der Ionisationsdetektor beinhaltet die Bauelemente 40, 41, 42, 43, 44.


Anspruch[de]
Zündvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, mit

einer Zündspule (1) zum Zünden einer Zündkerze (2) der Verbrennungskraftmaschine,

einer Zündeinheit (5) zum Initiieren der Zündung der Zündspule (1) entsprechend einem externen Zündauslösesignal von einer externen Motorsteuereinheit,

einem Ionisationsdetektor (4) zum Detektieren eines Ionisationssignals einer Verbrennung der Verbrennungskraftmaschine und zum Ausgeben eines zu dem Ionisationssignal proportionalen Ionisationsmesssignals, und

einem Kopplungsmittel (6) zum selektiven Koppeln des Ionisationsmesssignals und des Zündauslösesignals an eine Zünd/Ionisationsleitung (12), welche die Zündvorrichtung mit der externen Motorsteuereinheit verbindet.
Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kopplungsmittel (6) einen ersten Pfad zur Weiterleitung des Zündauslösesignals und einen zweiten Pfad zur Weiterleitung des Ionisationssignals aufweist, wobei der erste Pfad für das Zündauslösesignal leitend und für das Ionisationsmesssignal sperrend ausgestaltet ist, wobei der zweite Pfad für das Ionisationsmesssignal leitend und für das Zündauslösesignal sperrend ausgestaltet ist.






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