DE19502402A1 - Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine, um Zündaussetzer festzustellen, in­ dem man einen Ionenstrom in der Brennkammer der Brennkraftma­ schine mißt.

Bei Brennkraftmaschinen wird ein Gasgemisch aus Kraftstoff und Luft komprimiert und dann durch einen Zündfunken ver­ brannt, der durch Anlegen einer Hochspannung an eine Zünd­ kerze erzeugt wird, welche sich in dem Verbrennungsraum be­ findet. Ein Zustand, in welchem das Gasgemisch nicht ver­ brannt wird, wird als Zündaussetzer oder Fehlzündung bezeich­ net. In einem solchen Falle kann die Brennkraftmaschine nicht nur keine ausreichende Leistung abgeben, sondern es strömt ein Gasgemisch, welches eine große Menge an Kraftstoff ent­ hält, in das Abgassystem, was Schwierigkeiten bereitet, da beispielsweise der Auspuff korrodiert werden kann. Somit ist es erforderlich, den Zustand von Zündaussetzern festzustellen und die Bedienungsperson zu warnen.

Als Zündaussetzer-Abtasteinrichtung wird ein Gerät verwendet, um Zündaussetzer festzustellen, indem man den Ionenstrom in der Verbrennungskammer mißt. Wenn die Verbrennung in der Ver­ brennungskammer durchgeführt wird, werden Moleküle in der Verbrennungskammer infolge der Verbrennung ionisiert. Wenn über ein Zündkerze eine Spannung an den Innenraum der ioni­ sierten Verbrennungskammer angelegt wird, fließt ein sehr kleiner Strom, der als Ionenstrom bezeichnet wird. Da der Ionenstrom zum Zeitpunkt eines Zündaussetzers extrem klein wird, ist es möglich, diesen Ionenstrom zu messen und festzu­ stellen, ob ein Zündaussetzer stattgefunden hat. Die Erfin­ dung betrifft eine Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine zur Feststellung von derartigen Zündaus­ setzern durch Abtastung eines solchen Ionenstromes.

Fig. 20 zeigt eine herkömmliche Zündaussetzer-Abtastschaltung von diesem Typ, der beispielsweise in der JP-OS 4 191 465 an­ gegeben ist.

In Fig. 20 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Zündspule, während die Bezugszeichen 1a und 1b die entsprechende Primär­ wicklung bzw. Sekundärwicklung bezeichnen. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Zündkerze, die mit der Seite negativer Po­ larität der Sekundärwicklung 1b verbunden ist. Die Seite po­ sitiver Polarität der Primärwicklung 1a ist mit einer Strom­ quelle 8 verbunden, während die Seite negativer Polarität der Primärwicklung 1a mit dem Kollektor eines Transistors 2 ver­ bunden ist, um elektrischen Strom zu speichern. Der Emitter des Transistors 2 ist mit Masse verbunden, während die Basis des Transistors 2 von einer nicht dargestellten Steuerung ge­ steuert wird, um dadurch die Verbrennung zu regeln.

Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Zündaussetzer-Abtast­ schaltung. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Kondensator, der mit der Seite positiver Polarität der Sekundärwicklung 1b verbunden ist. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Diode, welche zwischen die Seite des Kondensators 5 mit niedrigem elektrischen Potential und Masse geschaltet ist, wobei die Diode 6 in einer Richtung angeschlossen ist, bei der die ent­ sprechende Seite des Kondensators 5 die Anode bildet. Das Be­ zugszeichen 4 bezeichnet eine Zenerdiode, welche die Spannung bestimmt, mit der der Kondensator 5 geladen wird, wobei die Zenerdiode 4 zwischen die Seite positiver Polarität der Se­ kundärwicklung 1b und Masse geschaltet ist. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Widerstand.

Wenn in einer Schaltung mit einem solchen Aufbau die Brenn­ kraftmaschine gezündet wird, so ändert der Transistor 2 seinen Zustand plötzlich von EIN nach AUS, und zwar unter der Steue­ rung einer nicht dargestellten Steuereinrichtung zur Steue­ rung der Verbrennung. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Primär­ strom der Zündspule 1 schlagartig ab, und es wird eine Hoch­ spannung durch eine elektromotorische Gegenkraft der Zünd­ spule 1 erzeugt. Auf der Sekundärseite der Zündspule 1 wird eine Spannung, die auf der Primärseite entwickelt wird, in der Weise entwickelt, daß die Spannung in Abhängigkeit von dem Spulenwicklungsverhältnis zwischen der Primärwicklung 1a und der Sekundärwicklung 1b verstärkt wird. Somit wird schließlich eine Spannung von etwa -10 kV bis -25 kV an die Zündkerze 3 angelegt.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 20 wird eine Ladung, die zum Messen des Ionenstromes ausreichend ist, im Kondensator 5 ge­ laden, indem man die Energie zum Zündzeitpunkt verwendet, und der Ionenstrom wird unmittelbar nach der Zündung durch eine Spannung gemessen, die von dem Kondensator 5 geliefert wird. Der elektrische Strom zum Zündzeitpunkt fließt in der Rich­ tung des Pfeiles 3a in Fig. 20, bewirkt eine Entladung der Zündkerze 3, und somit wird das Gasgemisch in der Verbren­ nungskammer 30 gezündet. Dieser Entladungsstrom lädt den Kon­ densator 5 auf eine Spannung auf, die durch die Zenerdiode 4 begrenzt ist.

Wenn der elektrische Strom in der Richtung des Pfeiles 3a für die Zündung auf Null abnimmt, wird die von dem Kondensator 5 gehaltene Spannung an die Zündkerze 3 angelegt. Wenn zu die­ sem Zeitpunkt die Verbrennung in der Verbrennungskammer 30 normal durchgeführt wird, fließt der Ionenstrom in der Rich­ tung des Pfeiles 3b. Da der in Richtung des Pfeiles 3b flie­ ßende Strom auch durch den Widerstand 7 fließt, wird ein Spannungsabfall hervorgerufen. Unter Verwendung dieses Span­ nungsabfalls als Meßsignal wird die Anwesenheit oder Abwesen­ heit eines Zündaussetzers auf der Basis dieses Spannungsab­ falls bestimmt. Das bedeutet, da kein Ionenstrom im Falle ei­ nes Zündaussetzers fließt, entwickelt sich keine Spannung, die durch einen solchen Ionenstrom hervorgerufen wird, am Ausgang der Abtastschaltung 9 aus.

Weitere Beispiele von Zündaussetzer-Abtastschaltungen für Brennkraftmaschinen sind in der JP-OS 4-265 474 und JP-OS 4-262 070 beschrieben. Diese Zündaussetzer-Abtastschal­ tungen haben jedoch eine Reihe von Problemen, die nachstehend erläutert sind.

Streukapazität

Die Zündaussetzer-Abtastschaltung wird in der Praxis im In­ nenraum eines Motorraumes eines Kraftfahrzeuges zusammen mit einer Zündspule vorgesehen. Die Zündaussetzer-Abtastschaltung wird in verschiedenen Anordnungen installiert, und zwar in Abhängigkeit von der Motorkonstruktion und dergleichen. Dabei treten Fälle auf, bei denen ein großer Abstand zwischen der Zündspule 1 und der Zündkerze 3 bei der Anordnung gemäß Fig. 20 besteht, wobei dieser Abstand etwa 2 Meter betragen kann. Wenn die Verdrahtung lang wird, so wird eine Streukapazität zwischen ihr und der Verdrahtung mit anderem Potential, ins­ besondere Masse hervorgerufen.

Wenn die Streukapazität im Falle der Schaltung gemäß Fig. 20 gegenüber Masse den Wert Cf (Farad) hat, so wird eine Reihen­ schaltung aus der Streukapazität Cf, dem Kondensator 5 und dem Widerstand 7 gebildet. Die Wirkungsweise dieser Reihen­ schaltung wird stark beeinflußt durch eine Ladungs/Entla­ dungs-Zeitkonstante, welche durch die Streukapazität Cf und den Widerstandswert des Widerstandes 7 bestimmt ist, und es tritt das Problem auf, daß insbesondere die Zeitdauer eines Rauschsignals ansteigt.

Bei einem aktuellen Beispiel gilt folgendes: Für ein Rausch­ signal mit 100 Ms und 10 mA ist zur Dämpfung oder Abnahme auf weniger als 1 µA, was im Vergleich mit dem Ionenstrom nicht problematisch ist, unter Berücksichtigung einer Streukapazi­ tät Cf von 500 pF und einem Widerstandswert des Widerstandes 7 von 200 kOhm eine Zeit von ungefähr 1 ms erforderlich, und die Wellenform des Rauschstromes breitet sich ungefähr auf das Zehnfache aus. Infolgedessen besteht die Möglichkeit und Gefahr, daß das Rauschen irrtümlich als Ionenstrom abgetastet wird.

Denkbare Gegenmaßnahmen sind folgende: Der Widerstandswert des Widerstandes 7 wird verringert, und auch die Streukapazi­ tät wird verringert. Die Verringerung des Widerstandswertes bringt jedoch ein Problem mit sich, da es beispielsweise un­ möglich ist, einen Zündaussetzer im niedrigen Drehzahlbereich zu erfassen, in welchem der Wert des Ionenstromes abnimmt, und zwar aufgrund der Abnahme der Empfindlichkeit bei der Zündaussetzer-Abtastung. Auch bringt die Verringerung der Streukapazität eine starke Einschränkung hinsichtlich des Or­ tes mit sich, wo die Zündaussetzer-Abtastschaltung angeordnet wird und wie die Anordnung erfolgt.

Dunkelstrom

Während der Ionenstrommessung werden die Zündung und der Zündaussetzer im Innenraum der Verbrennungskammer auf der Ba­ sis der Größe des Ionenstromes bestimmt. Der zum Zeitpunkt eines Zündaussetzers fließende elektrische Strom ist jedoch nicht vollständig Null, sondern es fließt ein Strom von unge­ fähr 1/100 bis 1/50 des Stromes, der zum Zeitpunkt einer richtigen Zündung fließt. Der elektrische Strom zu diesem Zeitpunkt wird als Dunkelstrom bezeichnet.

Der Ionenstrom hat eine Charakteristik, die von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt. Generell gilt, daß der Strom­ wert bei großen Drehzahlen hoch ist und daß der Strom bei kleinen Drehzahlen abnimmt. Der Wert der Stromstärke nimmt um Faktoren von 10 oder mehr zwischen dem Leerlauf bei 500 bis 1000 min^-1 und einer hohen Drehzahl von 6000 bis 8000 min^-1 zu.

Der Dunkelstrom steigt nahezu proportional zum Ionenstrom an. Der Dunkelstrom bei hohen Drehzahlen erreicht ungefähr den gleichen Wert wie der Ionenstrom bei kleinen Drehzahlen. Wenn daher der Abtastschwellwert des Ionenstromes konstant ist und wenn er auf die Charakteristik bei kleinen Drehzahlen einge­ stellt ist, so wird der Dunkelstrom zum Zeitpunkt eines Zündaussetzers irrtümlich als Ionenstrom bei großen Drehzah­ len gemessen; wenn andererseits der Abtastschwellwert auf die Charakteristik bei großen Drehzahlen eingestellt ist, wird es unmöglich, den Ionenstrom bei kleinen Drehzahlen zu messen. Diese Probleme beeinträchtigen die Realisierung einer Zündaussetzer-Abtastschaltung, die in der Lage ist, wirksam auf einen großen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine anzu­ sprechen.

Leckstrom

Obwohl die Zündkerze in der Verbrennungskammer isoliert ist, gibt es Fälle, in denen die Isolierung abnimmt, und zwar auf­ grund der Ablagerung von Kraftstoff, Kohlenstoff oder der­ gleichen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen. In ei­ nem solchen Falle werden die Zündeigenschaften schlechter. Im Falle von modernen Brennkraftmaschinen ist es jedoch möglich, Zündfunken ohne Probleme zu erzeugen, wenn die Zündkerze einen Widerstand von ungefähr 10 MOhm besitzt. Der Leckstrom, der aber dann fließt, wenn der Isolierwiderstand einen Wert von 10 MOhm besitzt, wird jedoch größer als der Ionenstrom bei kleinen Drehzahlen, und somit wird der Leckstrom als Ionenstrom zum Zeitpunkt eines Zündaussetzers abgetastet. Insbesondere dann, wenn der Isolationswiderstand abnimmt, ist es sehr wahrscheinlich, daß Zündaussetzer auftreten. Die irr­ tümliche Messung in einer solchen Situation, in der es wahr­ scheinlich ist, daß Zündaussetzer auftreten, erfüllt nicht die Funktion der Abtastung von Zündaussetzern, was in der Praxis problematisch ist.

Bei einer Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraft­ maschine mit dem oben beschriebenen Aufbau sind keine Gegen­ maßnahmen ergriffen, um die Streukapazität, den Dunkelstrom und/oder den Leckstrom gebührend zu berücksichtigen, und so­ mit besteht die Möglichkeit und Gefahr, daß eine irrtümliche oder falsche Messung des Ionenstromes erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündaussetzer- Abtastschaltung für Brennkraftmaschinen anzugeben, die eine verbesserte Zuverlässigkeit besitzt und eine fehlerhafte Mes­ sung von Ionenströmen vermeidet, welche sonst durch Streuka­ pazitäten, Dunkelströme und/oder Leckströme hervorgerufen werden.

Dieses Problem wird gemäß der Erfindung in zufriedenstellen­ der Weise gelöst durch verschiedene Bauformen einer Zündaus­ setzer-Abtastschaltung.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Zündausset­ zer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben, die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinheit zum An­ legen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd­ kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Abtasten eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird; und eine Strom-Spannungs- Wandlereinheit, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln. Die Ionen­ strom-Abtasteinheit weist dabei einen Kondensator, der durch einen elektrischen Strom von außen geladen wird, um die Span­ nung mit positiver Polarität zu halten, eine Spannungsbegren­ zungsschaltung zur Begrenzung der Spannung des Kondensators und eine erste Diode auf, die zwischen die Elektrode des Kon­ densators auf der Niedrigpotentialseite und Masse geschaltet ist, um dafür zu sorgen, daß ein elektrischer Strom aus dem Kondensator abfließt. Die Strom/Spannungs-Wandlereinheit weist eine zweite Diode, die zwischen die Verbindungsstelle von dem Kondensator und der ersten Diode und Masse geschaltet ist, so daß die Kondensatorseite zur Kathode wird, um dem Kondensator einen elektrischen Strom zuzuführen, und eine Schaltung mit einer kleinen Eingangsimpedanz auf, wobei diese Schaltung einen Operationsverstärker besitzt, dessen inver­ tierender Eingang mit der Verbindungsstelle zwischen dem Kon­ densator und der ersten Diode verbunden ist und dessen nicht­ invertierender Eingang mit Masse verbunden ist, um einen Ionenstrom, der aus dem Kondensator fließt, in eine Spannung umzuwandeln, so daß eine irrtümliche Messung des Ionenstro­ mes, die durch die Eingangsimpedanz und die Streukapazität in der Schaltung verursacht wird, dadurch verhindert wird, daß die Eingangsimpedanz der Strom/Spannungs-Wandlereinheit ver­ ringert ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus­ setzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben, die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinrichtung zum Anlegen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd­ kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Abtasten eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird; und eine Strom/Spannungs- Wandlereinheit zum Umwandeln des Ionenstromes mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität, wobei die Strom/Spannungs-Wandlereinheit einen Operationsverstärker zum Umwandeln des Ionenstromes in eine Spannung sowie die Rück­ kopplungsschaltung aufweist, um den Dunkelstrom zu entfernen, wobei die Rückkopplungsschaltung bei kleinen Drehzahlen abge­ schaltet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operations­ verstärkers klein ist, und bei großen Drehzahlen eingeschal­ tet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operationsverstär­ kers groß ist, so daß eine irrtümliche Messung des Ionenstro­ mes aufgrund des Dunkelstromes verhindert wird.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus­ setzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben, die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinheit zum An­ legen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd­ kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Abtasten eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird; eine Strom/Spannungs-Wand­ lereinheit, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln; und eine Wel­ lenformschaltung, um das Ausgangssignal der Strom/Spannungs- Wandlereinheit zu formen, wobei die Ionenstrom-Abtasteinheit einen Operationsverstärker zum Umwandeln des Ionenstromes in eine Spannung sowie eine Rückkopplungsschaltung zum Kompen­ sieren eines Leckstromes aufweist, wobei die Rückkopplungs­ schaltung zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geschaltet ist, um einen dem Leck­ strom entsprechenden Rückkopplungsstrom zuzuführen. Dabei ist die Wellenformschaltung als Leckstrom-Filterschaltung ausge­ bildet, die an den Ausgang des Operationsverstärkers ange­ schlossen ist, um den Leckstrom zu entfernen, und das Aus­ gangssignal der Filterschaltung wird als Ausgangssignal der Zündaussetzer-Abtastschaltung verwendet, so daß eine irrtüm­ liche Messung des Ionenstromes aufgrund des Leckstromes ver­ hindert wird.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus­ setzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben, die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinheit zum An­ legen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd­ kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Abtasten eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird; und eine Strom/Spannungs- Wandlereinheit zum Umwandeln des Ionenstromes mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität, wobei die Ionenstrom-Abtasteinheit folgendes aufweist: einen Kondensa­ tor, der mit elektrischem Strom von außen geladen wird, um die Spannung mit positiver Polarität zu halten, eine Diode, die zwischen die Elektrode des Kondensators auf der Niedrig­ potentialseite und Masse geschaltet ist, um dafür zu sorgen, daß ein elektrischer Strom aus dem Kondensator abfließt, und eine Spannungsbegrenzungsschaltung zum Begrenzen der Spannung des Kondensators; diese Schaltung wird gebildet von einem Transistor, dessen Emitter mit Masse verbunden ist und der zwischen die Hochpotentialseite des Kondensators und Masse geschaltet ist, und einem Spannungsbegrenzungselement, das zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors geschal­ tet ist, wobei der Transistor eingeschaltet wird, wenn ein durch eine Sperrspannung erzeugter Sperrstrom durch das Span­ nungsbegrenzungselement fließt, so daß der Energieverlust des Spannungsbegrenzungselementes reduziert wird.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus­ setzer-Abtastschaltung mit den Merkmalen gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung angegeben, wobei die Spannungsbegren­ zungsschaltung der Ionenstrom-Abtasteinheit ferner eine Schaltung zur Unterdrückung von Kollektorleckströmen auf­ weist, um zu verhindern, daß ein Leckstrom von dem Kondensa­ tor zum Kollektor des Transistors fließt, indem man ständig eine Spannung mit positiver Polarität an den Emitter des Transistors anlegt.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus­ setzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine angegeben, die folgendes aufweist: eine Ionenstrom-Abtasteinheit zum An­ legen einer Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd­ kerze eines Zylinders der Brennkraftmaschine und zum Messen eines Ionenstromes mit negativer Polarität, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird; und eine Strom/Spannungs- Wandlereinheit zur Umwandlung des Ionenstromes mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität, wobei die Ionenstrom-Abtasteinheit folgendes aufweist: einen Kondensa­ tor, der mit einem elektrischen Strom von außen geladen wird, um die Spannung mit positiver Polarität zu halten und um eine aus dem Ionenstrom abgeleitete Spannung abzutasten und da­ durch den Ionenstrom zu messen; eine Spannungsbegrenzungs­ schaltung zur Begrenzung der Spannung des Kondensators; eine erste Diode, deren Anode mit der Elektrode des Kondensators auf seiner Niedrigpotentialseite verbunden ist, um zu bewir­ ken, daß ein elektrischer Strom aus dem Kondensator abfließt; und eine Energieversorgungsschaltung für den Stromkreis, die gebildet ist aus einem Kondensator für die Schaltungsenergie­ versorgung, wobei der Kondensator mit einem elektrischen Strom von außen in gleicher Weise wie der Kondensator zur Messung des Ionenstromes geladen wird und dazu dient, die Spannung mit positiver Polarität zu halten, und aus einer Spannungsbegrenzungsschaltung für die Schaltungsenergiever­ sorgung zur Begrenzung der Spannung des Kondensators, wobei eine Schaltungsstromquelle nicht erforderlich ist.

Gemäß einem siebenten Aspekt der Erfindung wird eine Zündaus­ setzer-Abtastschaltung angegeben, die außerdem eine Ausgangs­ signal-Begrenzungseinrichtung aufweist, welche an der Aus­ gangsseite der Zündaussetzer-Abtastschaltung vorgesehen ist, um das Ausgangssignal der Schaltung zu begrenzen, wenn die Spannung der Stromversorgungsschaltung für den Schaltkreis unter einen vorgegebenen Wert abfällt.

Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die Strom/Spannungs-Wandlereinheit von einer Schaltung mit kleiner Eingangsimpedanz gebildet ist, wird die Zeitkonstante verringert, die durch die Streukapazi­ tät und den Widerstandswert der Schaltung bestimmt ist. Da­ durch kann eine irrtümliche Messung des Ionenstromes aufgrund des Einflusses durch die Streukapazität verhindert werden, ohne die Strom/Spannungs-Wandlercharakteristik und damit die Abtastempfindlichkeit zu verschlechtern.

Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Rückkopplungsschaltung zum Be­ seitigen des Dunkelstromes in der Strom/Spannungs-Wandlerein­ heit vorgesehen, wobei diese Schaltung bei kleinen Drehzahlen abgeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal vom Operati­ onsverstärker klein ist, jedoch bei hohen Drehzahlen einge­ schaltet wird, bei denen das Ausgangssignal vom Operations­ verstärker groß ist. Somit kann eine irrtümliche Messung ei­ nes Ionenstromes aufgrund eines derartigen Dunkelstromes ver­ hindert werden, und die Zündaussetzer-Abtastschaltung ist in der Lage, in einem breiten Drehzahlbereich der Maschine zu­ verlässig anzusprechen.

Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Rückkopplungsschaltung zur Leckstrom-Kompensation zwischen den Ausgang und den invertie­ renden Eingang des Operationsverstärkers geschaltet, um einen dem Leckstrom entsprechenden Rückkopplungsstrom zuzuführen. Diese Schaltung ist in der Strom/Spannungs-Wandlereinheit vorgesehen, während eine Leckstrom-Filterschaltung, die an den Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen ist, um den Leckstrom zu entfernen, in der Wellenformschaltung vorge­ sehen ist. Somit wird eine irrtümliche oder fehlerhafte Mes­ sung des Ionenstromes aufgrund des Einflusses des Leckstromes verhindert.

Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung ist eine Spannungsbegrenzungsschaltung zur Begrenzung der Spannung des Kondensators der Ionenstrom- Abtasteinheit vorgesehen. Sie wird gebildet von einem Transi­ stor, dessen Emitter mit Masse verbunden ist und der zwischen die Hochpotentialseite des Kondensators und Masse geschaltet ist, sowie einem Spannungsbegrenzungselement, das zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors geschaltet ist, so daß der Transistor eingeschaltet wird, wenn aufgrund einer Sperrspannung ein Sperrstrom durch das Spannungsbegrenzungs­ element fließt, so daß auf diese Weise der Energieverlust des Spannungsbegrenzungselementes reduziert wird.

Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung ist eine Schaltung zur Unterdrückung ei­ nes Kollektorleckstromes vorgesehen, um stets eine Spannung mit positiver Polarität an den Emitter des Transistors anzu­ legen. Diese Schaltung ist in der Spannungsbegrenzungsschal­ tung gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung vorgesehen, so daß der Leckstrom, der von dem Kondensator zum Kollektor des Transistors fließt, unterdrückt bzw. verhindert wird, wenn der Ionenstrom gemessen wird.

Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu dem Kondensator zur Messung des Ionenstromes und einer Spannungsbegrenzungsschal­ tung eine Energieversorgungsschaltung für den Stromkreis vor­ gesehen. Diese wird gebildet von einem Kondensator für die Schaltungsenergieversorgung, der mit einem elektrischen Strom von außen in gleicher Weise wie der Kondensator zur Messung des Ionenstromes geladen wird, und von einer Spannungsbegren­ zungsschaltung für die Schaltungsenergieversorgung. Diese Komponenten sind in der Ionenstrom-Abtasteinheit vorgesehen. Somit ist eine Schaltungsstromquelle nicht erforderlich.

Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem siebenten Aspekt der Erfindung ist weiterhin eine Ausgangssignal-Be­ grenzungseinrichtung an der Ausgangsseite der Zündaussetzer- Abtastschaltung gemäß dem siebenten Aspekt der Erfindung vor­ gesehen, um das Ausgangssignal der Schaltung zu begrenzen, wenn die Spannung der Stromversorgungsschaltung für den Schaltkreis unter einen vorgegebenen Wert abfällt. Somit wird eine irrtümliche oder falsche Messung des Ionenstromes auf­ grund des Umstandes verhindert, daß die Spannung der Strom­ versorgungsschaltung für den Schaltkreis abgenommen hat.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Zündaussetzer- Abtastschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild zur generellen Erläute­ rung des Aufbaus einer Zündaussetzer-Abtastschaltung für jede Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungs­ weise der Schaltung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels der Verbindung zwischen der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß der Erfindung und einem Zündsystem bei einer Niederspannungsverteilung für eine Brennkraftma­ schine;

Fig. 5 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels der Verbindung zwischen der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß der Erfindung und einem Zündsystem bei Hoch­ spannungsverteilung für eine Brennkraftmaschine;

Fig. 6 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels der Verbindung, wobei die Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß der Erfindung den Ladestrom für einen Kondensa­ tor von der Primärseite der Zündspule erhält;

Fig. 7 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Strom/Spannungs- Wandlereinheit für eine Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungs­ weise der Schaltung gemäß Fig. 7 bei kleinen Drehzah­ len;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 7 bei hohen Drehzahlen;

Fig. 10 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Strom/Spannungs- Wandlereinheit und einer Wellenformeinheit gemäß ei­ ner dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung des Betriebes der Schaltung gemäß Fig. 10, wenn kein Leckstrom vor­ liegt;

Fig. 12 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung des Betriebes der Schaltung gemäß Fig. 10, wenn ein Leckstrom vor­ liegt;

Fig. 13 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionenstrom-Ab­ tasteinheit einer Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionenstrom-Ab­ tasteinheit einer Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 15 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionenstrom-Ab­ tasteinheit einer Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 16 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Ausführungsbei­ spiels der gesamten Zündaussetzer-Abtastschaltung mit einer Schaltung gemäß Fig. 15;

Fig. 17 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung des Betriebes der Schaltung gemäß Fig. 16;

Fig. 18 ein Schaltbild zur Erläuterung einer abgewandelten Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig. 15;

Fig. 19 ein Schaltbild zur Erläuterung einer weiteren abge­ wandelten Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig. 15; und in

Fig. 20 ein Schaltbild zur Erläuterung einer herkömmlichen Zündaussetzer-Abtastschaltung.

Erste Ausführungsform

Die mit den Bezugszeichen 1 bis 6, 8 und 30 in Fig. 1 be­ zeichneten Komponenten sind die gleichen wie beim Stand der Technik, die im Zusammenhang mit Fig. 20 erläutert worden sind.

Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine zweite Diode, deren Anode an Masse angeschlossen ist und deren Kathode mit der Verbindungsstelle von der Elektrode auf der niedrigen Poten­ tialseite des Kondensators 5 und von der Anode der ersten Di­ ode 6 verbunden ist. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Operationsverstärker, dessen invertierender Eingang mit der Anode der Diode 6 verbunden ist und dessen nicht-invertieren­ der Eingang mit Masse verbunden ist, wobei ein Rückkopplungs­ widerstand 19 zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers 18 geschaltet ist. Das Be­ zugszeichen 20 bezeichnet einen Kondensator, der zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstär­ kers 18 geschaltet ist, um hochfrequentes Rauschen zu entfer­ nen. Die Zenerdiode 4 bildet eine Spannungsbegrenzungsschal­ tung für den Kondensator 5, um einen Ionenstrom abzutasten.

Fig. 2 zeigt ein Funktionsblockschaltbild zur allgemeinen Er­ läuterung des Aufbaus der Zündaussetzer-Abtastschaltung für jede Ausführungsform gemäß der Erfindung. In Fig. 2 bezeich­ net das Bezugszeichen 19 eine Zündaussetzer-Abtastschaltung; das Bezugszeichen 9a bezeichnet eine Ionenstrom-Abtastein­ heit, um Energie zum Zeitpunkt der Zündung in einem Kondensa­ tor zu speichern und den Ionenstrom auf der Basis der in die­ sem Kondensator gespeicherten Ladung zu messen; das Bezugs­ zeichen 9b bezeichnet eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit; das Bezugszeichen 9c bezeichnet eine Wellenformeinheit, um das Rauschen des in eine Spannung umgewandelten Signals zu formen. Die Bezugszeichen 40 und 41 bezeichnen einen Ein­ gangsanschluß bzw. einen Ausgangsanschluß der Ionenstrom-Ab­ tasteinheit 9a; die Bezugszeichen 23 und 24 bezeichnen einen Eingangsanschluß bzw. einen Ausgangsanschluß der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b.

Nachstehend wird der Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 1 näher erläutert. Die Wellenformdiagramme an den Stellen S1 bis S6 der Schaltung gemäß Fig. 1 sind in Fig. 3 dargestellt. Es be­ zeichnet S5 das Basispotential des Transistors 2 zur Steue­ rung des elektrischen Stromes auf der Primärseite der Zünd­ spule 1. Der Transistor 2 wird während einer EIN-Periode ein­ geschaltet, in der man den elektrischen Strom durch die Pri­ märwicklung 1a fließen läßt, und er wird abgeschaltet während einer AUS-Periode, in der der elektrische Stromfluß unterbro­ chen ist.

Wenn der Transistor 2 seinen Zustand von EIN nach AUS ändert, so steigt die Spannung S6 ungefähr auf 300 Volt an, und zwar wegen der elektromotorischen Gegenkraft der Zündspule 1. Diese Spannung ist gleich der Kollektor-Emitter-Spannung ent­ sprechend dem Widerstand des Transistors 2. Die bei S6 er­ zeugte Hochspannung ist in Abhängigkeit von dem Spulenwick­ lungsverhältnis der Primärwicklung 1a zu dem der Sekundär­ wicklung 1b multipliziert, wobei diese Spannung etwa 30 kV auf der Sekundärseite erreicht, und ein Zündfunken wird in der Zündspule 3 erzeugt. In diesem Augenblick fließt ein elektrischer Strom mit maximal etwa 100 mA zu der Sekundär­ seite der Zündspule 1 in Richtung des Pfeiles 3b. Wenn danach der Spulenstrom auf Null abnimmt, so geht die Spannung bei S4 der Zündspule 3 auf die Spannung, die von dem Kondensator 5 gehalten wird, und ein Ionenstrom fließt in der Richtung des Pfeiles 3b.

Die Spannung S2 an der Verbindung zwischen dem Kondensator 5 und der Diode 6 ist eine Spannung des invertierenden Eingan­ ges des invertierenden Verstärkers, der aus dem Operations­ verstärker 18 und einem Widerstand 19 gebildet ist. Wenn der Operationsverstärker 18 normal arbeitet, ist die Spannung gleich der nicht-invertierenden Eingangsspannung, die 0 Volt beträgt. Es gibt zwei Typen von Fällen, in denen der Operati­ onsverstärker 18 nicht normal arbeitet: einen Fall, in wel­ chem der elektrische Strom in der Richtung des Pfeiles 3b fließt, und einen anderen Fall, in welchem der elektrische Strom in der Richtung des Pfeiles 3b zu groß ist und der Aus­ gang des Operationsverstärkers 18 gesättigt ist.

Wenn der elektrische Strom in Richtung des Pfeiles 3b fließt, so ist die Spannung bei S2 die Durchlaßspannung (0,7 Volt) der ersten Diode 6. Wenn der elektrische Strom in Richtung des Pfeiles 3b hoch ist und der Ausgang des Operationsver­ stärkers 18 gesättigt ist, so leitet eine zweite Diode 17, und die Spannung bei S2 nimmt um einen Betrag ab, welcher der Durchlaßspannung entspricht. Wenn der Operationsverstärker 18 normal arbeitet, so bildet sich der Ionenstrom als Spannungs­ abfall am Rückkopplungswiderstand aus, wird in ein Masse-Re­ ferenzsignal umgewandelt, und dieses Signal wird abgegeben.

Wie sich aus der Wellenform der Spannung bei S2 entnehmen läßt, nimmt bei einer derartigen Schaltungsanordnung die Spannungsänderung bezüglich der Stromänderung auf der Nied­ rigpotentialseite des Kondensators 5 ab. Wenn der Operations­ verstärker 18 normal arbeitet, wird die Spannung bei S2 of­ fensichtlich konstant, und wenn der Operationsverstärker 18 nicht normal arbeitet, wird sie bei der Durchlaßspannung der Diode konstant. Das bedeutet, die Impedanz der Abtastschal­ tung ist, von der Stelle S2 aus gesehen, extrem niedrig. Auf­ grund dieses Effektes ist es möglich, die Impedanz der Schal­ tung zu verringern und infolgedessen die Toleranz gegenüber Fehlfunktionen beträchtlich zu erhöhen, welche durch die Streukapazität und die Impedanz der Schaltung hervorgerufen werden, ohne die Strom/Spannungs-Umwandlungscharakteristik, also die Abtastempfindlichkeit des Ionenstromes, zu ver­ schlechtern.

Obwohl beim Stand der Technik Fehlfunktionen in der Schaltung auftreten, wenn die Streukapazität etwa 200 pF beträgt, ist die erfindungsgemäße Schaltung in der Lage, bei einer Streu­ kapazität von ungefähr 2000 pF zu arbeiten, wobei die glei­ che Abtastempfindlichkeit beibehalten werden kann, und es ist möglich, eine ausreichende Toleranz gegenüber Fehlfunktionen zu erzielen, die durch Streukapazitäten hervorgerufen werden, welche in der Praxis erzeugt werden können.

Während bei der herkömmlichen Schaltung gemäß Fig. 20 eine negative Spannung erzeugt wird und die Diode 6, der Wider­ stand 7 und dergleichen nicht in einer monolithischen inte­ grierten Schaltung montiert werden können, die mit einer ein­ zigen Stromversorgung betrieben werden kann, ist es so, wenn die Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet wird, daß die Diode 6 und die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b in eine monolithi­ sche integrierte Schaltung integriert werden können, die mit einer einzigen Stromversorgung betreibbar ist. Dadurch ist es möglich, die Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 kompakt auszu­ bilden.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 hat den Vorteil, daß sie nicht nur unempfindlich gegenüber den störenden Einflüssen von Streukapazitäten ist, sondern auch den schädlichen Ein­ fluß eines Dunkelstromes und eines Leckstromes vermeidet, was nachstehend näher erläutert ist, und zwar einfach durch Hin­ zufügen einer sehr einfachen Schaltung.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Beispiel der Verbindung zwischen der Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 und dem Zündsystem der Brennkraftmaschine. Fig. 4 zeigt ein Verbindungsbeispiel für die Niederspannungsverteilung der Brennkraftmaschine, während Fig. 5 ein Verbindungsbeispiel der Hochspannungsverteilung der Brennkraftmaschine zeigt.

In Fig. 4 bezeichnen die Bezugszeichen 3c bis 3f Zündkerzen für vier Zylinder einer Brennkraftmaschine; die Bezugszeichen 1c bis 1f bezeichnen die entsprechenden Zündspulen für diese Zündkerzen 3c bis 3f; die Bezugszeichen 2a bis 2d bezeichnen Transistoren zum Schalten des elektrischen Stromes auf der Primärseite der jeweiligen Zündspulen 1c bis 1f. In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen 56a bis 56d Dioden zur Abtastung des Ionenstromes. Das Bezugszeichen 57 bezeichnet einen Zünd­ verteiler.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Beispiele, bei denen die Zündausset­ zer-Abtastschaltung Anwendung findet auf eine Vierzylinderma­ schine, wobei auch dargestellt ist, daß es möglich ist, die Ionenstromabtastung für vier Zylinder mit einer einzigen Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 durchzuführen. Da bei einer Maschine mit fünf oder mehr Zylindern der Verbrennungszyklus bzw. dessen Intervalle kürzer wird, werden die Zylinder so gruppiert, daß der Verbrennungszyklus bzw. dessen Intervalle lang werden, und es werden zwei oder mehr Zündaussetzer-Ab­ tastschaltungen verwendet.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel, in welchem die Zündaussetzer-Ab­ tastschaltung an ein Zündsystem für die gleichzeitige Zündung von zwei Zylindern angeschlossen ist, wobei außerdem darge­ stellt ist, daß ein elektrischer Zündfunken auf beiden Seiten einer Hochspannung hervorgerufen wird, die parallel zu den beiden Polen der Sekundärseite der Zündspule erzeugt wird. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, bezeichnen die Bezugszeichen 3g und 3i jeweils eine Zündkerze, von der ein Zündfunken einer negativen Spannung erzeugt wird; die Bezugszeichen 3h und 3j bezeichnen jeweils eine Zündkerze, bei denen ein Zündfunken einer positiven Spannung erzeugt wird. Dabei sind hochspan­ nungsbeständige Dioden 62a und 62b zur Messung des Ionenstro­ mes an die Zündkerzen 3h bzw. 3j angeschlossen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 wird eine Vorspannung mit po­ sitiver Polarität an den Kondensator 5 der Zündaussetzer-Ab­ tastschaltung 90 angelegt (vgl. Fig. 1), und zwar von der Primärseite der Zündspule über die Hochspannungsdioden 60a und 60b sowie einen Widerstand 61, anstatt von der Sekundär­ seite der Zündspule. Wie oben erläutert, kann die Zündausset­ zer-Abtastschaltung 90 betrieben werden, indem man sie mit elektrischem Strom von der Primärseite der Zündspule ver­ sorgt, und zwar in Abhängigkeit von dem Verteilersystem. Das bedeutet, das Laden des Kondensators 5 ist nicht beschränkt auf die Zuführung von elektrischem Strom von der Sekundär­ seite der Zündspule, sondern es kann auch von einer elektri­ schen Stromquelle durchgeführt werden, die in der Lage ist, eine Spannung zu erzeugen, die höher ist als die Begrenzungs­ spannung der Zenerdiode 4, um die Spannung zu begrenzen, und das Verfahren ist nicht entsprechend beschränkt.

Das Beispiel der Verbindung zwischen der Zündaussetzer-Ab­ tastschaltung 90 und dem Zündsystem gemäß den Fig. 4 bis 6 ist nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt; vielmehr ist die gleiche Verbindung auch möglich bei der Zündausset­ zer-Abtastschaltung für jede andere Ausführungsform, die nachstehend erläutert sind.

Zweite Ausführungsform

Fig. 7 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung der Strom/Span­ nungs-Wandlereinheit 9b gemäß Fig. 2 der Zündaussetzer-Ab­ tastschaltung 90 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Er­ findung. Die Schaltung, um eine irrtümliche Abtastung oder Messung des Ionenstromes aufgrund des Einflusses eines Dun­ kelstromes bei der zweiten Ausführungsform zu verhindern, ist in der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b angeordnet.

Die Komponenten 18 bis 20 in Fig. 7 sind die gleichen wie in Fig. 1. Die Bezugszeichen 21a und 21b bezeichnen Eingangswi­ derstände des Operationsverstärkers 18. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers 18, der verwendet wird, um den Spannungspegel abzusenken, wenn das Ausgangssignal auf niedrigem Pegel oder L-Pegel ist. Das Bezugszeichen 35b bezeichnet eine Rückkopplungsschaltung zum Entfernen von Dunkelströmen. Das Bezugszeichen 35 be­ zeichnet eine Diode, die Bezugszeichen 29, 31 und 34 bezeich­ nen Widerstände; das Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Kon­ densator, das Bezugszeichen 35a bezeichnet einen NPN-Transi­ stor, und das Bezugszeichen 8a bezeichnet eine Stromversor­ gung.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Wellenformen an den Stellen S10 bis S13 der Schaltung gemäß Fig. 7. Fig. 9 zeigt ein Wellenform­ diagramm, wenn die Maschine bei hohen Drehzahlen arbeitet. In Fig. 9 bezeichnet S12 einen Ionenstrom, und die Richtung des Pfeiles in Fig. 7 wird als Vorwärtsrichtung angenommen. Die Bezugszeichen S13 und S14 bezeichnen jeweils elektrische Ströme der Rückkopplungsschaltung. Das Bezugszeichen S10 be­ zeichnet das Ausgangssignal der Strom/Spannungs-Wandlerein­ heit 9b. Das Bezugszeichen S10a bezeichnet das Ausgangssignal der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b, wenn eine Rückkopp­ lungsschaltung 35b zum Entfernen des Dunkelstromes nicht vor­ gesehen ist. Das Bezugszeichen S11 bezeichnet die Spannung des Kondensators 33.

Wie in Fig. 8 dargestellt, wird der Verbrennungszyklus lang, wenn die Drehzahl der Maschine klein ist. Der Absolutwert des Ionenstromes nimmt in Abhängigkeit von der Abnahme der Dreh­ zahl ab. Andererseits wird, wie in Fig. 9 dargestellt, der Verbrennungszyklus kurz, und der Absolutwert des Ionenstromes nimmt zu, wenn die Drehzahl der Maschine hoch ist.

Als nächstes wird der Betrieb der Schaltung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Wenn angenommen wird, daß ein Ionenstrom S12 fließt und der Rückkopplungsstrom S13 Null ist, so ist der Ionenstrom S12 gleich dem Rückkopplungs­ strom S14. Da das elektrische Potential an der Stelle S15 auf der Seite des invertierenden Einganges des Operationsverstär­ kers 18 offensichtlich 0 Volt wird, wird das Ausgangssignal der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b bestimmt durch das Pro­ dukt des Rückkopplungsstromes S14 und des Rückkopplungswider­ standes 19.

Wenn jedoch der Rückkopplungsstrom S13 der Rückkopplungs­ schaltung 35b zum Entfernen des Dunkelstromes positiv ist, so wird der Rückkopplungsstrom S14 ein solcher Strom, daß der Rückkopplungsstrom S13 aus dem Ionenstrom S12 entfernt wird, und infolgedessen nimmt die Ausgangsspannung ab. Die elektri­ sche Stromstärke des Rückkopplungsstromes S13 hängt von den Werten der an der Stelle S11 gehaltenen Spannung des Konden­ sators 33 und eines Widerstandes 29 ab, und der Rückkopp­ lungsstrom S13 nimmt auch in Abhängigkeit von der Zunahme an der Stelle S11 zu.

Wenn das Ausgangssignal an der Stelle S10 ansteigt, so steigt das elektrische Potential bei S11 an, weil der Kondensator 33 durch einen Widerstand 34 geladen wird. Das bedeutet, es wird eine negative Rückkopplungsschaltung oder Gegenkopplungs­ schaltung gebildet, so daß dann, wenn das elektrische Poten­ tial am Ausgang S10 ansteigt, auch S13 ansteigt und infolge­ dessen das elektrische Potential am Ausgang S10 abnimmt.

Der Kondensator 33, die Widerstände 29, 31 und 34 und der­ gleichen werden jeweils so gewählt oder eingestellt, daß die Rückkopplungsschaltung 35b zum Beseitigen des Dunkelstromes bei kleinen Drehzahlen abgeschaltet und bei hohen Drehzahlen eingeschaltet wird. Wie sich aus Fig. 8 entnehmen läßt, hat das Ausgangssignal einen bestimmten Wert, und wenn das Aus­ gangssignal klein ist und die Drehzahl klein ist, so ist der Dunkelstrom zum Zeitpunkt eines Zündaussetzers klein. Somit kann die Wirkung der Schaltung der Rückkopplungsschaltung 35b zum Entfernen des Dunkelstromes klein sein.

Da gemäß Fig. 9 bei hohen Drehzahlen das Ausgangssignal groß ist und der Dunkelstrom groß ist, wird dann, wenn die Rück­ kopplungsschaltung 35b zum Entfernen des Dunkelstromes nicht vorgesehen ist, ein Signal aufgrund des Dunkelstromes im Aus­ gangssignal bei S10a erzeugt, wenn ein Zündaussetzer auf­ tritt. Wenn jedoch die Rückkopplungsschaltung 35b zum Entfer­ nen des Dunkelstromes arbeitet, so fließt der Rückkopplungs­ strom in der Weise, wie es bei der Wellenform gemäß S13 dar­ gestellt ist, und infolgedessen ist es möglich, den Dunkel­ strom nicht zu messen. Bei der Wellenform gemäß S10 ist der Dunkelstrom entfernt.

Infolgedessen ist es möglich, Zündaussetzer für einen weiten Bereich von Drehzahlen der Maschine genau zu messen bzw. ab­ zutasten.

Dritte Ausführungsform

Fig. 10 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung der Strom/Span­ nungs-Wandlereinheit 9b und der Wellenformeinheit 9c gemäß Fig. 2 der Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 gemäß einer drit­ ten Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltung dieser drit­ ten Ausführungsform weist ferner eine Wellenformgebungsschal­ tung auf, um die irrtümliche Abtastung eines Ionenstromes aufgrund des Einflusses von Leckströmen zu verhindern.

In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen 9a eine Ionenstrom- Abtasteinheit, und das Bezugszeichen 9c bezeichnet eine Wel­ lenformeinheit. Die Fig. 11 und 12 zeigen Wellenformdiagramme für die Stellen S21 bis S26 der Schaltung gemäß Fig. 10. Fig. 11 zeigt ein Wellenformdiagramm, wenn kein Leckstrom vor­ liegt, während Fig. 12 ein Wellenformdiagramm zeigt, wenn ein Leckstrom vorhanden ist.

In der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b gemäß Fig. 10 sind die Komponenten 17 bis 20 die gleichen wie bei den oben be­ schriebenen Ausführungsformen. Eine Rückkopplungsschaltung 35c zur Kompensation von Leckströmen ist an den Bereich ange­ schlossen, in welchem dieser Strom in eine Spannung umgewan­ delt wird. Die Rückkopplungsschaltung 35c zur Kompensation von Leckströmen weist folgendes auf: einen Komparator 52a, um das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 18 mit einer Re­ ferenzspannung von einer Referenzspannungsquelle 65a zu ver­ gleichen, einen Kondensator 51a und eine Konstantstrom- Lade/Entladeschaltung 63 des Kondensators 51a.

Die Wellenformschaltung 9c weist folgendes auf: einen Kompa­ rator 52a zum Vergleichen des Ausgangssignals des Operations­ verstärkers 18 mit einer Referenzspannung von der Referenz­ spannungsquelle 65a, einen Kondensator 51b und eine Konstant­ strom-Lade/Entladeschaltung 64 für den Kondensator 51b sowie eine Leckstrom-Filterschaltung, die von einem Komparator 52b gebildet wird, um die Spannung des Kondensators 51b mit einer Referenzspannung von einer Referenzspannungsquelle 65b zu vergleichen. Das bedeutet, der Komparator 52a wird gemeinsam von der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9a und der Wellenform­ schaltung 9c verwendet.

Wenn eine Widerstandsleckcharakteristik zwischen der Zünd­ kerze und Masse erzeugt wird, so fließt ein Leckstrom ILK (A), und es ist eine Relation RLK × ILK = VIB erfüllt, wobei eine Vorspannung zum Messen des Ionenstromes mit VIB (Volt) bezeichnet ist und der Widerstandswert des Lecks, also der Widerstandswert aufgrund des Spaltes zwischen der Zündkerze und der Masse, wenn der elektrische Strom zwischen der Zünd­ kerze und Masse fließt, hat den Wert RLK (Ohm). Wenn die Ka­ pazität des Kondensators 5 mit CIB (Farad) bezeichnet ist, so hat der Leckstrom eine Entladungscharakteristik, welche durch die Zeitkonstante von CIB × RLK (Sekunden) bestimmt ist, und dieser Strom kann als Gleichstrom betrachtet werden, wenn er ausreichend hoch bezüglich des Verbrennungszyklus T (Sekun­ den) ist. Durch Vergleichen der Wellenformen von S21 in den Fig. 11 und 12 ist festzustellen, daß die Gleichstromkompo­ nenten der Ionenstromwellenform zunehmen.

Wenn bei dem Ionenstrom der Strom in eine Spannung umgewan­ delt und mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird und wenn der in Fig. 12 dargestellte Leckstrom enthalten ist, so besteht die Möglichkeit, daß eine irrtümliche Abtastung durchgeführt wird, und zwar aufgrund des Einflusses des Leck­ stromes, unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit des Ionenstromes.

Die Rückkopplungsschaltung 35c zur Kompensation von Leckströ­ men gemäß Fig. 10 wird der Schaltung gemäß der ersten Ausfüh­ rungsform in Fig. 1 hinzugefügt, die oben beschrieben ist, um die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b zu realisieren. Die Rückkopplungsschaltung 35c zur Kompensation von Leckströmen ist so ausgebildet, daß sie eine Steuerung bewirkt, derart, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 18 nicht die Schwellwertspannung überschreitet, die durch eine Spannung S27 der Referenzspannungsquelle 65a bestimmt ist.

Im folgenden wird auf Fig. 11 Bezug genommen. Wenn ein Ionen­ strom erzeugt wird, so steigt das Ausgangssignal S23 vom Ope­ rationsverstärker 18 an und überschreitet den Schwellwert, der durch die Spannung S27 der Referenzspannungsquelle 65a bestimmt ist, die Spannung S22 des Kondensators 51a steigt an, und der Rückkopplungsstrom wächst. Es ist jedoch wichtig, daß die Regelgeschwindigkeit der Rückkopplungsschaltung 35c kleiner ist als die Änderung des Ionenstromes mit der Zeit, und die Abtastung wird in der Weise durchgeführt, daß sie nicht der Ionenstrom-Wellenform folgt (sie folgt nur dem Leckstrom, der viele Gleichstromkomponenten hat).

Wie sich aus Fig. 11 bei S24 entnehmen läßt, erreicht eine Spannung S24 als Ausgangssignal des Komparators 52a einen ho­ hen Pegel oder H-Pegel, während der Ionenstrom erzeugt wird, und infolgedessen nimmt die Spannung S25 des Kondensators 51b der Wellenformeinheit 9c zu. Wenn die Spannung S25 eine Span­ nung S28 der Referenzspannungsquelle 65b überschreitet, so steigt das Ausgangssignal S26 des Komparators 52b an und er­ reicht einen H-Pegel. Die Wellenformeinheit 9c filtert den Ionenstrom von einer festen Periode oder mehreren und liefert ihn als Ausgangssignal, d. h. der durch einen Leckstrom her­ vorgerufene Ionenstrom wird entfernt.

Wenn ein Leckstrom erzeugt wird, so nehmen die Gleichspan­ nungskomponenten der Spannung S22 des Kondensators 51a der Rückkopplungsschaltung 35c zu, wie es bei der Wellenform S22 in Fig. 12 dargestellt ist, und die Rückkopplungsschaltung 35c liefert den elektrischen Strom für den Leckstrom. Wenn der Leckstrom erzeugt wird und kein Ionenstrom vorhanden ist, so ist die Spannung S23 als Ausgangssignal des Operationsver­ stärkers 18 gleich S27, und die Spannung S24, also das Aus­ gangssignal des Komparators 52a, ist in einem oszillierenden Zustand.

Wenn das Tastverhältnis in einem oszillierenden Zustand gleich dem Verhältnis zwischen dem Ladestrom des Kondensators 51a und seinem Entladestrom ist und wenn das Verhältnis von dem Ladestrom des Kondensators 51a zu seinem Entladestrom in der Weise eingestellt ist, daß der Entladestrom größer ist, so kann der obige Zustand, in welchem der Leckstrom kompen­ siert wird, bestimmt werden als ein Zustand, in welchem kein Ionenstrom vorliegt.

Wenn der Strom einer Konstantstromquelle 50a stärker zunimmt als der Strom einer Konstantstromquelle 50b in der Konstant­ strom-Lade/Entladeschaltung 63, so nimmt der Entladestrom zu, und die Entladungszeit wird kurz. Wenn andererseits der Strom der Konstantstromquelle 50a weniger abnimmt als der Strom der Konstantstromquelle 50b, so nimmt der Ladestrom zu und die Ladezeit wird kurz.

Ebenso gilt: Wenn der Strom einer Konstantstromquelle 50c stärker ansteigt als der Strom einer Konstantstromquelle 50d, so nimmt der Entladestrom zu und die Entladungszeit wird kurz. Wenn andererseits der Strom der Konstantstromquelle 50c weniger abnimmt als der Strom der Konstantstromquelle 50d, so nimmt der Ladestrom zu und die Ladezeit wird kurz.

Wenn weiterhin die Vorgabe des Entladestromes des Kondensa­ tors 51a und die Kapazität des Kondensators eingestellt ist, so können die gleichen Vorteile wie bei der zweiten Ausfüh­ rungsform erzielt werden.

Obwohl bei der Schaltung gemäß Fig. 10 der Komparator 52a ge­ meinsam von der Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b und der Wellenformeinheit 9c genutzt wird, können die Komparatoren für die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b und für die Wellen­ formeinheit 9c auch separat auf der Ausgangsseite des Opera­ tionsverstärkers 18 vorgesehen sein.

Vierte Ausführungsform

Fig. 13 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionen­ strom-Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 2 der Zündaussetzer-Abtast­ schaltung 90 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfin­ dung. In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 44 einen NPN- Transistor, der zwischen die Elektrode auf der Hochpotential­ seite des Kondensators 5 und Masse geschaltet ist, wobei der Emitter mit Masse verbunden ist. Das Bezugszeichen 4a be­ zeichnet eine Zenerdiode, die ein spannungsbegrenzendes Ele­ ment darstellt, wobei diese Diode zusammen mit dem NPN-Tran­ sistor 44 eine Spannungsbegrenzungsschaltung bildet, um die Ladespannung des Kondensators 5 zu begrenzen. Ein Widerstand 42 und ein Kondensator 43 bilden eine Schaltung, um eine Os­ zillation zu verhindern, wobei diese Schaltung die Spannungs­ begrenzungsstabilität verbessert.

Wenn eine Schaltung in der Praxis realisiert wird, gilt fol­ gendes: Je höher der Spannungsbegrenzungswert ist, desto grö­ ßer werden die Leistungsverluste, die beim Laden des Konden­ sators auftreten. Somit ist es erforderlich, ein Bauelement mit einer ausreichend hohen Nennleistung zu verwenden, um die Hitze auszuhalten, die durch den Energieverlust erzeugt wird. Es ist jedoch schwierig, eine Diode zu erhalten, die eine hohe Nennleistung hat, was Probleme mit sich bringt.

Die Schaltung gemäß Fig. 13 realisiert vergleichbare Funktio­ nen unter Verwendung von Transistoren. Ein Transistor 44 hat einen höheren Kollektor-Emitter-Spannungswiderstand als der Spannungswiderstand einer Zenerdiode 4a, wobei die Zenerdiode 4a zwischen den Kollektor und die Basis geschaltet ist. Wenn infolgedessen die Sperrspannung, die an die Zenerdiode 4a an­ gelegt wird, ihre Widerstandsspannung überschreitet, so fließt ein Sperrstrom und bewirkt, daß der Transistor 44 ein­ geschaltet wird, so daß ein elektrischer Strom von dem Kol­ lektor des Transistors 44 zu seinem Emitter fließt. Somit werden Leistungsverluste reduziert, die in der Zenerdiode 4a auftreten. Infolgedessen ist eine Zenerdiode mit einer klei­ neren Nennleistung erforderlich.

Die Schaltung zur Verhinderung von Oszillationen, die von dem Widerstand 42 und dem Kondensator 43 gebildet wird, hängt von den Eigenschaften und Charakteristiken der Zenerdiode 4a und des Transistors 44 ab und braucht nicht verwendet zu werden, wenn es nicht erforderlich ist.

Fünfte Ausführungsform

Fig. 14 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ionen­ strom-Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 2 der Zündaussetzer-Abtast­ schaltung 90 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfin­ dung. Diese Schaltung ist zusätzlich zu der Schaltung gemäß der vierten Ausführungsform in Fig. 13 eine Schaltung, bei der der Leckstrom zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 44 reduziert wird. Der Emitter des Transistors 44 ist ständig mit einer Spannung mit positiver Polarität von einer Stromquelle 46 vorgespannt, und die Basis ist über einen Widerstand 45 mit Masse verbunden. Auf diese Weise ist der Bereich zwischen der Basis und dem Emitter umgekehrt vor­ gespannt, so daß der Leckstrom des Kollektors reduziert wird. Das bedeutet, es wird verhindert, daß der elektrische Strom, der aus dem geladenen Kondensator 5 fließt, als Leckstrom zu dem Kollektor des Transistors 44 fließt und somit in der Schaltung die Abtastung des Ionenstromes beeinträchtigt.

Die Stromversorgung 46 und der Widerstand 45 bilden eine Schaltung, die einen Kollektorleckstrom verhindert. Der Tran­ sistor 44 kann in Form einer nicht dargestellten Darlington- Transistorschaltung vorgesehen sein.

Sechste Ausführungsform

Fig. 15 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung der Ionenstrom- Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 2 der Zündaussetzer-Abtastschal­ tung 90 gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Obwohl bei sämtlichen der oben beschriebenen Ausführungsfor­ men die Kathode der Diode 6 mit Masse verbunden ist, kann die Kathode der Diode 6 auch auf anderen elektrischen Potentialen liegen, beispielsweise mit einer Stromversorgung oder der­ gleichen verbunden sein.

Die Schaltung gemäß Fig. 15 benötigt keine Stromversorgung, um die Zündaussetzer-Abtastschaltung durch Variation der Ver­ bindung der Diode 6 zu treiben, und ist in der Lage, einen Ionenstrom mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu messen. Der Kondensator 5 und die Zenerdiode 4 dienen zur Messung des Ionenstromes, während mit dem Bezugszeichen 54 ein Kondensa­ tor für eine Stromversorgung der Schaltung bezeichnet ist; mit dem Bezugszeichen 53 ist eine Zenerdiode für die Strom­ versorgung der Schaltung bezeichnet, wobei es sich um eine Spannungsbegrenzungsschaltung für eine Stromversorgung der Schaltung handelt. Der Kondensator 54 für die Stromversorgung wird mit dem elektrischen Strom geladen, der beispielsweise zum Zeitpunkt der Zündung erzeugt wird, und zwar in gleicher Weise wie der Kondensator 5 zur Messung des Ionenstromes, und die genannte Schaltung wird durch die Zenerdiode 53 für die Stromversorgung der Schaltung begrenzt.

Der Kondensator 54 sowie die Zenerdiode 53, die eine Span­ nungsbegrenzungsschaltung für die Stromversorgung der Schal­ tung bildet, stellen eine Stromversorgungsschaltung dar.

Fig. 16 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung eines Beispiels der Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 unter Verwendung der Ionenstrom-Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 15. Fig. 17 zeigt ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wellenformen an den Stellen S31 bis S38 der Schaltung gemäß Fig. 16. In der Schaltung gemäß Fig. 16 werden die Spannung zur Messung des Ionenstromes und die Spannung zum Treiben der Zündaussetzer- Abtastschaltung 90 in entsprechende Kondensatoren geladen, und zwar durch Verwendung des Stromes, der zum Zeitpunkt der Zündung erzeugt wird, und nachdem die Zündung beendet ist, wird dafür gesorgt, daß die Schaltung für eine feste Zeit­ spanne arbeitet, so daß der Ionenstrom gemessen wird.

Die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b und die Wellenformein­ heit 9c sind die gleichen wie bei der Schaltung gemäß Fig. 10. Als Gegenmaßnahme für einen Fall, in welchem die Spannung des Kondensators 54 für eine Stromversorgung der Schaltung aufgrund einer Entladung abnimmt, ist eine binäre Ausgangs­ schaltung 70 zusätzlich in dieser Schaltung vorgesehen, wobei diese Ausgangsschaltung eine das Ausgangssignal begrenzende Einheit 9d bildet, wobei das Ausgangssignal dann, wenn die Spannung der Stromversorgungsschaltung für die Schaltung un­ ter einer vorgegebenen Spannung ist, entgegengesetzt zu dem Ausgangssignal ist, wenn die Spannung des Ionenstromes gemes­ sen wird.

In Fig. 17 bezeichnet das Bezugszeichen S31 den ankommenden elektrischen Strom der Zündaussetzer-Abtastschaltung. Der ne­ gative Strom ist ein Strom in einer Richtung, in der er in die Schaltung fließt, wobei der Strom zum Zeitpunkt der Zün­ dung erzeugt wird, und der positive Strom ist ein Strom in einer Richtung, in der er aus der Schaltung fließt, was durch den Ionenstrom hervorgerufen wird.

Die Kondensatoren 5 und 54 werden durch den negativen Strom geladen, der zum Zeitpunkt der Zündung erzeugt wird, und ihre Spannungen werden mit den Zenerdioden 4 bzw. 53 begrenzt. Wenn die Zenerspannungen der Zenerdioden 4 und 53 mit VZ4 bzw. VZ53 bezeichnet werden, so wird die Relation VZ4 + VZ53 bei S32 erfüllt. Die Spannung an der Stelle S34 ist eine Spannung, die um die Durchlaßspannung der Diode 6 höher ist als an der Stelle S33, wenn der Kondensator 5 geladen wird. Wenn jedoch das Laden des Kondensators beendet ist, geht sie auf 0 Volt oder weniger als 0 Volt durch die Durchlaßspannung der Diode 17, und zwar durch den Betrieb der Strom/Spannungs- Wandlereinheit 9b.

Somit hat die Spannung an der Stelle S32 den Wert VZ4 + VZ53 zum Zündzeitpunkt und wird zu VZ4, wenn der Ionenstrom gemes­ sen wird. Die Spannung an der Stelle S33 ist eine Spannung, die von dem Kondensator 54 gehalten wird; sie erreicht ein Maximum von VZ53 zum Zündzeitpunkt und nimmt aufgrund des verbrauchten Stromes der Schaltung ab, wenn der Ionenstrom gemessen wird. Wenn die minimale Betriebsspannung der Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 mit VCCV bezeichnet wird, so werden der Kondensator 54 und der Schaltungsstromverbrauch so vorgegeben, daß angenommen wird, daß der Ionenstrom in einer Periode gemessen wird, in der die Spannung an der Stelle S33 höher ist als VCCV.

Für die Strom/Spannungs-Wandlereinheit 9b und die Wellen­ formeinheit 9c können die Schaltungen gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen oder andere vergleichbare Schaltun­ gen verwendet werden. Für das Schaltungsausgangssignal ist es jedoch bevorzugt, daß das Ausgangssignal dann, wenn die Schaltungsversorgungsspannung der Energieversorgungsschaltung für die Schaltung (also die Spannung von der Quelle 55 in Fig. 15) den Wert VCCV oder weniger hat, gleich dem Ausgangs­ signal ist, wenn der Ionenstrom nicht gemessen wird, und ein entgegengesetztes Ausgangssignal ist, wenn der Ionenstrom ge­ messen wird. Es ist auch bevorzugt, daß die Ausgangssignal- Begrenzungseinheit 9d gemäß Fig. 16 an der Ausgangsseite der Zündaussetzer-Abtastschaltung 90 vorgesehen ist. Es versteht sich von selbst, daß die Spannung von jeder Referenzspan­ nungsquelle in der Schaltung jeweils auf der Basis der Span­ nung der Energieversorgungsschaltung für die Schaltung er­ zeugt wird.

Da bei der oben beschriebenen Konstruktion die Stromversor­ gung zum Treiben der Schaltung nicht mehr erforderlich ist, werden die Kosten aufgrund der Reduzierung der Verdrahtung verringert und zugleich wird der Freiheitsgrad hinsichtlich der Anordnung in der Vorrichtung verbessert, welche die Zündaussetzer-Abtastschaltung enthält. Da weiterhin eine Ge­ genmaßnahme für einen Spannungsstoß, der auf der Versorgungs­ leitung überlagert ist, und eine Gegenmaßnahme für einen irr­ tümlichen umgekehrten Batterieanschluß unnötig werden, wir das Leistungsvermögen gegenüber der Umgebung verbessert. Da weiterhin die Schaltung als Schaltung ausgebildet ist, die durch den elektrischen Strom arbeitet, der zum Zündzeitpunkt fließt, arbeitet sie nicht versehentlich im Stand-by-Betrieb, und somit wird die Zuverlässigkeit des Systems ebenfalls ver­ bessert.

Die Schaltung der Ionenstrom-Abtasteinheit 9a gemäß Fig. 15 kann so gewählt sein, daß die Dioden 4 und 53 separat ange­ schlossen sind, wie es in Fig. 18 dargestellt ist. Die Zener­ diode 4 kann gemäß der Darstellung in Fig. 19 bei einer Schaltung verändert werden, welche einen Transistor 44 gemäß Fig. 14 verwendet. Außerdem kann die Zenerdiode 53 in jeder dieser Schaltungen auch durch andere Elemente oder Schaltun­ gen ersetzt werden, um die Spannung des Kondensators 54 zu begrenzen.

Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die Strom/Spannungs-Wandlereinheit von einer Schaltung gebildet wird, die eine kleine Eingangsimpe­ danz hat, wird die durch die Streukapazität und den Wider­ standswert der Schaltung bestimmte Zeitkonstante verringert, und eine irrtümliche Messung bzw. Abtastung aufgrund des Ein­ flusses der Streukapazität wird verhindert, ohne die Strom/Spannungs-Umwandlungscharakteristik bzw. die Abtastemp­ findlichkeit zu verschlechtern. Somit ist es möglich, eine Zündaussetzer-Abtastschaltung mit verbesserter Zuverlässig­ keit zu erhalten.

Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung eine Rückkopplungsschaltung zum Beseiti­ gen des Dunkelstromes als Gegenmaßnahme vorgesehen ist, wobei die Schaltung bei kleinen Drehzahlen abgeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal vom Operationsverstärker klein ist, und bei größeren Drehzahlen eingeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal vom Operationsverstärker groß ist, wird eine irrtümliche Abtastung oder Messung aufgrund des Dunkelstromes verhindert. Somit ist es möglich, eine Zündaussetzer-Abtast­ schaltung anzugeben, die eine hohe Zuverlässigkeit hat und die in der Lage ist, in einem breiten Drehzahlbereich der Ma­ schine zu arbeiten.

Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung eine Rückkopplungsschaltung zum Aus­ gleich von Leckströmen in der Strom/Spannungs-Wandlereinheit vorgesehen und zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geschaltet ist, um den Rückkopplungsstrom zuzuführen, der dem Leckstrom entspricht, und da eine Leckstrom-Filterschaltung, welche an den Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen ist, um den Leckstrom zu entfernen, in der Wellenformeinheit vorgesehen ist, kann eine irrtümliche Messung aufgrund des Einflusses des Leck­ stromes verhindert werden. Somit ist es möglich, eine Zündaussetzer-Abtastschaltung mit verbesserter Zuverlässig­ keit zur Verfügung zu stellen.

In der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Spannungsbegrenzungsschaltung zur Be­ grenzung der Spannung des Kondensators der Ionenstrom-Abtast­ einrichtung von einem Transistor, der einen mit Masse verbun­ denen Emitter hat und zwischen die Hochpotentialseite des Kondensators und Masse geschaltet ist, und einem Spannungsbe­ grenzungselement gebildet, das zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors geschaltet ist, so daß der Transistor eingeschaltet wird, wenn eine Sperrstrom aufgrund einer Sperrspannung durch das spannungsbegrenzende Element fließt, und somit kann der Energieverlust des spannungsbegrenzenden Elementes verringert werden. Somit ist es möglich, eine Zündaussetzer-Abtastschaltung zur Verfügung zu stellen, die kein spannungsbegrenzendes Element mit einer hohen Nennlei­ stung erfordert, leichter herzustellen ist und geringere Her­ stellungskosten erfordert.

Bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu dem vierten Aspekt der Erfindung in der Spannungsbegrenzungsschaltung eine Schaltung vorgesehen, um einen Kollektorleckstrom zu verhindern, wobei stets eine Spannung mit positiver Polarität an den Emitter des Transistors angelegt wird, so daß der Leckstrom, der von dem Kondensator zu dem Kollektor des Transistors fließt, ver­ hindert wird, wenn der Ionenstrom gemessen wird. Somit ist es möglich, eine Zündaussetzer-Abtastschaltung anzugeben, bei der keine irrtümliche Abtastung eines Ionenstromes aufgrund eines Leckstromes erfolgt, so daß sie eine verbesserte Zuver­ lässigkeit besitzt.

Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung zusätzlich zu dem Kondensator zur Mes­ sung des Ionenstromes und einer Spannungsbegrenzungsschaltung eine Stromversorgungsschaltung für die Schaltung, die von ei­ nem Kondensator für die Energieversorgung gebildet wird, der mit elektrischem Strom von außen in gleicher Weise wie der Kondensator zur Messung des Ionenstromes geladen wird, sowie eine Spannungsbegrenzungsschaltung für die Energieversorgung in der Ionenstrom-Abtastschaltung in der Ionenstrom-Abtast­ einheit vorgesehen sind, ist eine Schaltungsenergieversorgung nicht erforderlich. Somit ist es möglich, eine Zündaussetzer- Abtastschaltung mit zahlreichen Vorteilen anzugeben, unter anderem mit dem Vorteil des verbesserten Freiheitsgrades hin­ sichtlich der Anordnung derselben.

Da bei der Zündaussetzer-Abtastschaltung gemäß dem siebenten Aspekt der Erfindung eine Ausgangssignal-Begrenzungseinrich­ tung zusätzlich zu dem sechsten Aspekt der Erfindung an der Ausgangsseite der Zündaussetzer-Abtastschaltung vorgesehen ist, um das Ausgangssignal der Schaltung zu begrenzen, wenn die Spannung der Energieversorgungsschaltung für die Schal­ tung unter einen vorgegebenen Wert abfällt, wird eine irrtüm­ liche Messung aufgrund der Tatsache verhindert, daß die Span­ nung der Energieversorgungsschaltung für die Schaltung ab­ nimmt. Somit ist es möglich, auch diesbezüglich eine Zündaus­ setzer-Abtastschaltung mit verbesserter Zuverlässigkeit an­ zugeben.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß die Baugruppen und Komponenten, die im Zusammenhang mit den verschiedenen Aus­ führungsformen der Erfindung erläutert worden sind, selbst­ verständlich auch in beliebigen Kombinationen miteinander in weiteren Ausführungsformen gemäß der Erfindung zum Einsatz gelangen können. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß zur gleichen Zeit mehrere störende Einflüsse durch Streukapazitä­ ten, Leckströme und Dunkelströme beseitigt werden, so daß sich insgesamt eine sehr zuverlässige und kompakt realisier­ bare Zündaussetzer-Abtastschaltung ergibt.

Claims (9)

1. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionenstrom-Abtasteinrichtung (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung positiver Polarität an eine Zünd­ kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule­ gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität abzu­ tasten, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird,
daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom negativer Polarität in eine Span­ nung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß die Ionenstrom-Abtasteinrichtung (9a) folgendes auf­ weist:

• - einen Kondensator (5), der durch einen elektrischen Strom von außen geladen wird, um die Spannung mit po­ sitiver Polarität zu halten,
• - eine Spannungsbegrenzungsschaltung (4), um die Span­ nung des Kondensators (5) zu begrenzen, und
• - eine erste Diode (6), die zwischen die Elektrode des Kondensators (5) auf der Niedrigpotentialseite und Masse geschaltet ist, um dafür zu sorgen, daß der elektrische Strom aus dem Kondensator (5) abfließt,

und daß die Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) folgen­ des aufweist:

• - eine zweite Diode (17), die zwischen den Verbindungs­ punkt des Kondensators (5) mit der ersten Diode (6) und Masse geschaltet ist, so daß diese Kondensator­ seite zur Kathode wird, um dem Kondensator (5) elek­ trischen Strom zuzuführen, und
• - eine Schaltung mit kleiner Eingangsimpedanz mit einem Operationsverstärker (18), dessen invertierender Ein­ gang mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (5) und der ersten Diode (6) verbunden ist und dessen nicht-invertierender Eingang mit Masse verbunden ist, um den aus dem Kondensator (5) fließenden Ionenstrom in eine Spannung umzuwandeln, wobei eine irrtümliche Messung des Ionenstromes, die durch die Eingangsimpe­ danz und die Streukapazität in der Schaltung verur­ sacht wird, durch Verringerung der Eingangsimpedanz der Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) verhindert wird.

2. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd­ kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule­ gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird,
daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln,
und daß die Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) einen Operationsverstärker (18), um den Ionenstrom in eine Spannung umzuwandeln, sowie eine Rückkopplungsschaltung (35b) zum Beseitigen eines Dunkelstromes aufweist, welche bei kleinen Drehzahlen abgeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (18) klein ist, und die bei hohen Drehzahlen eingeschaltet wird, bei denen das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (18) groß ist, so daß eine irrtümliche Messung des Ionenstro­ mes aufgrund eines Dunkelstromes verhindert wird.

3. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd­ kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule­ gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird,
daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß eine Wellenformeinheit (9c) vorgesehen ist, um das Ausgangssignal der Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) zu formen,
daß die Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) einen Operations­ verstärker (18), um den Ionenstrom in eine Spannung umzu­ wandeln, und eine Rückkopplungsschaltung (35c) zum Kom­ pensieren eines Leckstromes aufweist, die zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operationsver­ stärkers (18) geschaltet ist, um einen Rückkopplungsstrom zuzuführen, der dem Leckstrom entspricht, wobei die Wel­ lenformeinheit (9c) von einer Leckstrom-Filterschaltung gebildet ist, die an den Ausgang des Operationsverstär­ kers (18) angeschlossen ist, um den Leckstrom zu beseiti­ gen,
und daß das Ausgangssignal der Filterschaltung als Aus­ gangssignal der Zündaussetzer-Abtastschaltung (90) ver­ wendet wird, so daß eine irrtümliche Messung des Ionen­ stromes aufgrund des Leckstromes verhindert wird.

4. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd­ kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule­ gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird, daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Strom mit negativer Polarität in eine Span­ nung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß die Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) folgendes auf­ weist:

• - einen Kondensator (5), der mit einem elektrischen Strom von außen geladen wird, um die Spannung mit po­ sitiver Polarität zu halten,
• - eine Diode (6), die zwischen die Elektrode des Konden­ sators (5) auf der Niedrigpotentialseite und Masse ge­ schaltet ist, um dafür zu sorgen, daß ein elektrischer Strom aus dem Kondensator (5) abfließt, und
• - eine Spannungsbegrenzungsschaltung (4a, 44), um die Spannung des Kondensators (5) zu begrenzen, wobei die Spannungsbegrenzungsschaltung (4a, 44) von einem Tran­ sistor (44), dessen Emitter mit Masse verbunden ist und der zwischen die Hochpotentialseite des Kondensa­ tors (5) und Masse geschaltet ist, sowie einem Span­ nungsbegrenzungselement (4a) gebildet ist, das zwi­ schen den Kollektor und die Basis des Transistors (44) geschaltet ist,

und daß der Transistor (44) eingeschaltet wird, wenn aufgrund einer Sperrspannung ein Sperrstrom durch das Spannungsbegrenzungselement (4a) fließt, so daß der Ener­ gieverlust des Spannungsbegrenzungselementes (4a) redu­ ziert wird.

5. Zündaussetzer-Abtastschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzungsschaltung der Ionenstrom-Ab­ tasteinheit (9a) ferner eine Schaltung (45, 46) zur Un­ terdrückung eines Kollektorleckstromes aufweist, um zu verhindern, daß ein Leckstrom von dem Kondensator (5) zum Kollektor des Transistors (44) fließt, indem ständig eine Spannung mit positiver Polarität an den Emitter des Tran­ sistors (44) angelegt wird.

6. Zündaussetzer-Abtastschaltung für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) vorgesehen ist, um eine Spannung mit positiver Polarität an eine Zünd­ kerze (3) eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzule­ gen und um einen Ionenstrom mit negativer Polarität zu messen, der durch die Verbrennung hervorgerufen wird, daß eine Strom/Spannungs-Wandlereinheit (9b) vorgesehen ist, um den Ionenstrom mit negativer Polarität in eine Spannung mit positiver Polarität umzuwandeln,
daß die Ionenstrom-Abtasteinheit (9a) folgendes auf­ weist:

• - einen Kondensator (5), der mit einem elektrischen Strom von außen geladen wird, um die Spannung mit po­ sitiver Polarität zu halten und um eine aus dem Ionen­ strom gewonnene Spannung zur Messung des Ionenstromes abzutasten,
• - eine Spannungsbegrenzungsschaltung (4) zur Begrenzung der Spannung des Kondensators (5),
• - eine erste Diode (6), deren Anode mit der Elektrode des Kondensators (5) auf der Niedrigpotentialseite verbunden ist, um dafür zu sorgen, daß ein elektri­ scher Strom aus dem Kondensator (5) abfließt, und
• - eine Energieversorgungsschaltung (53, 54) für den Schaltkreis, die von einem Kondensator (54), welcher durch einen elektrischen Strom von außen in gleicher Weise wie der Kondensator (5) zur Messung des Ionen­ stromes geladen wird und der dazu dient, eine Spannung mit positiver Polarität zu halten, und einer Span­ nungsbegrenzungsschaltung (53) gebildet wird, um die Spannung des Kondensators (54) zu begrenzen, derart, daß eine Schaltungsstromversorgung nicht erforderlich ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Ausgangssignal-Begrenzungsein­ richtung (9d, 70), die an der Ausgangsseite der Zündaus­ setzer-Abtastschaltung (90) vorgesehen ist, um das Aus­ gangssignal der Schaltung zu begrenzen, wenn die Spannung der Energieversorgungsschaltung für den Schaltkreis unter einen vorgegebenen Wert abfällt.