Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Hochspannungszündanlage

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Hochspannungszündanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder der­gleichen auf Neben- und/oder Kurzschlüsse, mit einer aus der Primärwicklung einer Zündspule und einem Un­terbrecher gebildeten Reihenschaltung, die an eine Versorgungsspannung bzw. Batteriespannung angeschlos­sen ist. Sie schlägt insbesondere für eine Katalysa­torschutzfunktion vor, eine den Primärstrom (i) der Zündspule (2) erfassende und diesen in eine entspre­chende Prüfspannung (U_Pr) umwandelnde Meßanordnung (11) einzusetzen, die eine die Prüfspannung (U_pr) mit der Versorgungsspannung (U_V) vergleichende Auswerte­schaltung (10) aufweist und bei gegenüber der Versorgungsspannung (U_V) zu großer Prüfspannung (U_Pr) eine Fehlermeldung abgibt.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Hochspannungszündanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder der­gleichen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

[0002] Um die Schadstoffwerte des Abgases einer Brennkraft­maschine eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen mög­lichst niedrig zu halten, ist der Einsatz eines Kata­lysators erforderlich. Die Effizienz und Lebensdauer eines derartigen Katalysators ist wesentlich von der einwandfreien Funktion der Brennkraftmaschine abhän­gig. Sofern Fehler, beispielsweise in der Hochspan­ nungszündanlage auftreten, kann es zu Betriebszustän­den kommen, die den Katalysator unzulässig belasten.

Vorteile der Erfindung

[0003] Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ergibt sich dem ge­genüber der Vorteil, daß Fehler in der Hochspannungs­zündanlage durch Neben- und/oder Kurzschlüsse in der Sekundärwicklung der Zündspule, dem Zündgeschirr oder der Zündkerzen erkannt werden, so daß rechtzeitig Ab­hilfemaßnahmen getroffen werden können. Demgemäß läßt sich mit dem Einsatz der erfindungsgemäßen Schal­tungsanordnung eine Katalysatorschutzfunktion reali­sieren. Die dem Primärstrom der Zündspule entspre­chende Prüfspannung läßt bei einem Vergleich gegen­über der Versorgungsspannung der Hochspannungszündan­lage eine Aussage über den Anlagenzustand zu. Sofern Neben- und/oder Kurzschlüsse im Sekundärkreis auf­treten, führt dieses - durch die magnetische Kopplung von Sekundär- und Primärseite der Zündspule zu einer Verringerung ihrer wirksamen Primärinduktivität, so daß es zu einem schnelleren Anstieg des Primärstroms (Ladestroms der Zündspule) kommt. Der Pri­märstromanstieg wird von der Meßanordnung erfaßt und führt zu einem entsprechend schnellen Anstieg der Prüfspannung, wodurch sich gegenüber einer fehlerfreien Zündanlage eine Verschiebung der Relation zwischen Prüfspannung zu Versorgungsspannung ergibt, die zur Auslösung einer Fehlermeldung führt.

[0004] Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­hen, daß die Meßanordnung ein im Primärstromkreis der Zündspule liegendes Shunt aufweist. Die am Shunt ab­fallende Spannung stellt ein Maß für den sich jeweils bei einem Zündvorgang einstellenden Primärstrom dar.

[0005] Vorzugsweise ist vorgesehen, daß parallel zum Shunt eine Filterschaltung liegt, die aus einer Reihen­schaltung eines Widerstandes und eines Kondensators gebildet ist. Die Kondensatorspannung bildet die zur Überwachnung der Zündanlage herangezogene Prüfspan­nung.

[0006] Durch den Vergleich der Prüfspannung mit der Versor­gungsspannung ist gewährleistet, daß durch Versor­gungsspannungsänderungen hervorgerufene Primär­stromänderungen nicht zu einer Fehlermeldung führen. Die Höhe der Versorgungsspannung ist beispielsweise von dem Ladezustand der Batterie des Kraftfahrzeuges und auch von der Einstellung des Reglers abhängig.

[0007] Eine besonders einfache Meßwert-Auswertung ist mit­tels eines Komparators der Auswerteschaltung möglich, dem die Prüfspannung und die Versorgungsspannung zu­geführt werden. Übersteigt die Prüfspannung in Rela­tion zur Versorgungsspannung einen bestimmten Wert, so liegt ein Neben- bzw. Kurzschlußfehler der Hoch­spannungszündanlage vor.

[0008] Vorzugsweise bildet die Auswerteschaltung für den Spannungsvergleich einen der Versorgungsspannung ent­sprechenden Referenzwert. Für die Fehlerauswertung wird die Höhe der Prüfspannung der Größe des Refe­renzwertes gegenübergestellt. Wird von der Batte­riespannung ausgegangen, so wird ein der Batterie­ spannung des Kraftfahrzeuges entsprechender Referenz­wert für die Überwachung herangezogen.

[0009] Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich da­durch aus, daß die Auswerteschaltung für den Spannungsvergleich mindestens einen Momentanwert der Prüfspannung heranzieht. Demgemäß erfolgt zur Bildung des Momentanwertes eine Abtastung des Spannungsan­stiegs der Prüfspannung in einem entsprechend gewähl­ten Zeitpunkt. Die zeitliche Lage des Momentanwertes in Bezug auf die Zeitdauer eines Primärstromimpulses liegt vorzugsweise in der ersten, früheren Hälfte des Primärstromimpulses, da sich durch Neben- und/oder Kurzschlüsse bedingte Fehler insbesondere in der er­sten Hälfte des dem Primärstromverlaufs entsprechen­den Prüfspannungsanstiegs bemerkbar machen.

[0010] Je nach Ausbildung, Aufbau bzw. Typ der zum Einsatz gelangenden Zündanlage kann der für die Fehlererken­nung repräsentative Bereich innerhalb der Länge eines Primärstromimpulses unterschiedlich sein, so daß vorteilhafterweise die zeitliche Lage des Momentan­wertes der Prüfspannung in Bezug auf die Zeitdauer eines Primärstromimpulses in Abhängigkeit von dem je­weils eingesetzten Zündanlagensystem festgelegt wird.

[0011] Die Überwachung wird besonders vereinfacht, wenn die Auswerteschaltung bei im Vergleich zum Referenzwert größerem Momentanwert die Fehlermeldung abgibt. Die Überwachung läßt sich auf einfache Weise mit einem Komparator durchführen.

[0012] Neben der bereits genannten Fehlermeldung ist es zu­sätzlich oder aber auch alternativ möglich, bei einem unzulässigen Betriebszustand die Hochspannungszünd­anlage außer Betrieb zu setzen.

Zeichnung

[0013] Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher er­läutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Prinzipschaltplan der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Figur 2 ein Ersatzschaltbild einer einen Neben- und/oder Kurzschluß aufweisenden Zündspule,

Figur 3 ein Prüfspannungsdiagramm einer fehlerfreien Zündspule,

Figur 4 ein Prüfspannungsdiagramm einer einen Neben­schluß (500 kΩ) aufweisenden Zündspule,

Figur 5 ein Prüfspannungsdiagramm einer einen Nebenanschluß (100 kΩ) aufweisenden Zündspule,

Figur 6 ein Prüfspannungsdiagramm einer einen Kurz­schluß aufweisenden Zündspule und

Figur 7 eine Meßwerttabelle betreffend die in den Fi­guren 3 bis 6 dargestellten Prüfspannungsverläufe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0014] Die Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Über­wachung einer Hochspannungszündanlage einer Brenn­ kraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen. Die Überwachung erfolgt im Hinblick auf Neben- und/oder Kurzschlüsse auf der Sekundärseite 1 einer Zündspule 2.

[0015] Die Primärwicklung 3 der Zündspule 2 ist mit ihrem einen Ende 4 an eine Versorgungsspannung U_V ange­schlossen. Bei der Versorgungsspannung U_V kann es sich um die Batteriespannung des Kraftfahrzeuges han­deln.

[0016] Das andere Ende 5 der Primärwicklung 3 ist mit einem Unterbrecher 6 verbunden, der über ein Shunt 7 an Masse 8 liegt. An der Masse 8 ist der andere Pol der Versorgungsspannung U_V angeschlossen; vorzugsweise handelt es sich hierbei um das Chassis des Kraftfahr­zeuges.

[0017] Der Unterbrecher 6 ist als Transistor T ausgebildet. Seine Basis wird von einer nicht dargestellten An­steuerschaltung eines Steuergerätes der Hochspan­nungszündanlage angesteuert; seine Kollektor-Emitter-­Strecke ist in den Primärstromkreis der Pri­märwicklung 3 geschaltet.

[0018] Parallel zum Shunt 7 liegt eine Filterschaltung 9, die aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes R und eines Kondensators C besteht. Die am Kondensator anliegende Kondensatorspannung U_C bildet eine Prüf­spannung U_Pr. Die Prüfspannung U_Pr wird einer Auswer­teschaltung 10 zugeführt.

[0019] Das Shunt 7 bildet zusammen mit dem Widerstand R und dem Kondensator C eine Meßanordnung 11, die den durch die Primärwicklung 3 der Zündspule 2 fließenden Pri­märstrom i in eine entsprechende Prüfspannung U_Pr um­wandelt.

[0020] Der Meßanordnung 11 wird ferner die Versorgungsspan­nung U_V bzw. die Batteriespannung des Kraftfahrzeuges zugeführt. Sie bildet einen der Versorgungsspannung U_V bzw. Batteriespannung entsprechenden Referenzwert U_R.

[0021] Die Sekundärwicklung 12 der Zündspule 2 ist mit ihrem Hochspannungsanschluß 13 an eine Elektrode 14 einer Zündkerze 15 angeschlossen. Die andere Elektrode 16 steht mit Masse 8 in Verbindung.

[0022] Fehler, die durch Neben- und/oder Kurzschlüsse der Sekundärwicklung 12, des Zündgeschirrs (Zuleitung zur Zündkerze und dergleichen) und/oder der Zündkerze 15 auftreten, können - gemäß Figur 1 - durch einen Ne­benschlußwiderstand R_N dargestellt und erfaßt werden. Sekundärseitige Neben- und/oder Kurzschlüsse führen durch die Kopplung von Sekundär- und Primärseite der Zündspule 2 zu einer Verringerung der wirksamen Pri­märinduktivität L₁ _wirk. Dieses wird aus der Figur 2 deutlich, die das Ersatzschaltbild der Zündspule 2 zeigt. Diese besteht aus dem Wirkwiderstand R₁ der Primärseite, der in Reihe zu einer Streuinduktivität L_S1 liegt. Hieran schließt sich ein die Eisenverluste berücksichtigender Widerstand R_Fe und - parallel da zu - eine Querinduktivität M an. Die Sekundärseite ist im Ersatzschaltbild durch die Streuinduktivität L_S2 durch den Wirkwiderstand R₂ repräsentiert. Auftretendende Neben- und/oder Kurzschlüsse werden durch Einschaltung des Nebenschlußwiderstandes R_N berücksichtigt. Insgesamt wird deutlich, daß sich je nach Größe des Nebenschlußwiderstandes R_N die in die Figur 2 eingetragenene wirksame Primärinduktivität L₁ _wirk verändert. Mit kleiner werdendem Nebenschluß­widerstand R_N verringert sich auch die wirksame Primärinduktivität L₁ _wirk. Dieses führt zu einem schnelleren Anstieg des Primärstroms i.

[0023] In den Figuren 3 bis 6 ist der einem Primärstromim­puls entsprechende zeitliche Verlauf der Prüfspannung U_Pr für verschieden große Nebenschlußwiderstände R_N dargestellt. Die Figur 3 betrifft eine fehlerfrei ar­beitende Hochspannungszündanlage, d. h. der Neben­schlußwiderstand R_N ist unendlich. In der Figur 4 weist der Nebenschlußwiderstand R_N den Wert 500 kΩ auf. Der Nebenschlußwiderstandswert beträgt in der Figur 5 100 kΩ, und die Figur 6 betrifft den Kurz­schlußfall, d. h. der Nebenschlußwiderstand R_N hat den Wert 0.

[0024] Im Vergleich der Figuren 3 bis 6 ist ersichtlich, daß der Verlauf der Prüfspannung U_Pr von der Größe des Nebenschlußwiderstandes R_N abhängig ist. Für die beispielhaft in den genannten Figuren eingetragenen Zeitpunkte t₁ bis t₆ ergeben sich größtenteils ent­sprechend unterschiedliche Werte.

[0025] Eine Übersicht hierüber gibt die Meßwert-Tabelle der Figur 7. Es wird der zum jeweiligen Zeitpunkt t₁ bis t₅ vorliegende Prüfspannungswert U_Pr auf den maxima­len Prüfspannungswert U_{Pr max} (U_Pr zum Zeitpunkt t₆) dargestellt. Das Verhältnis wird in Prozenten für einen Nebenschlußwiderstand unendlich, 500 kΩ, 100 kΩ und 0 angegeben.

[0026] Es ist ersichtlich, daß mit der Verkleinerung des Ne­benanschlußwiderstands R_N, d. h. mit Zunahme der Wirksamkeit des Nebenschluß- bzw. Kurzschlußfehlers, ein Anstieg des Prozentwertes erfolgt. Ferner ist er­sichtlich, daß sich in der ersten, früheren Hälfte des Prüfspannungsimpulses und damit des Primärstrom­impulses die stärksten Änderungen ergeben, während beispielsweise in der zweiten, späteren Hälfte (Zeit­punkte t₄ und t₅) bei einem Nebenschlußwiderstand R_N unendlich, 500 kΩ und 100 kΩ keine unterschiedlichen Werte vorliegen. Demgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Auswertung der Prüfspannung U_Pr in der ersten, früheren Hälfte des in den Figuren 3 bis 6 darge­stellten Spannungsverlaufes erfolgt.

[0027] Für die Fehlererkennung wird vorzugsweise mindestens ein Momentanwert in einem vorwählbaren Zeitpunkt dem Prüfspannungsverlauf durch Abtastung entnommen. Die Abtastung erfolgt - aus den oben geschilderten Grün­den - vorzugsweise in der ersten, früheren Hälfte des Impulses. Da der durch Abtastung gewonnene Momentan­wert der Prüfspannung U_Pr von der Größe der Versor­gungsspannung U_V bzw. der Batteriespannung abhängig ist, wird die im Zeitpunkt der Abtastung vorliegende Versorgungs- bzw. Batteriespannung als Vergleichs­potential herangezogen. Sofern die Prüfspannung U_Pr einen von der Größe der Versorgungs- bzw. Batte­riespannung abhängigen Wert überschreitet, liegt ein Neben- und/oder Kurzschlußfehler auf der Sekundär­seite 1 der Hochspannungszündanlage vor, was zur Ab­gabe einer Fehlermeldung führt.

[0028] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteschal­tung einen der Versorgungs- bzw. Batteriespannung entsprechenden Referenzwert bildet, der dann für den Spannungsvergleich mit der Prüfspannung U_Pr herange­zogen wird. Dieser Spannungsvergleich ist besonders einfach mit einem zur Auswerteschaltung 10 gehörenden Komparator durchzuführen; ein Fehler liegt vor, wenn die Prüfspannung U_Pr größer als die Referenzspannung U_R ist.

[0029] Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Überwa­chung der Hochspannungszündanlage stellt eine Maß­nahme im Hinblick auf einen Katalysatorschutz dar, denn bei auftretenden Fehlern ist eine saubere Ver­brennung des Kraftstoffes nicht mehr gewährleistet, so daß bei längerer Fehlerdauer der Katalysator einer hohen Belastung unterliegt, die zu Schädigungen füh­ren kann.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Hoch­spannungszündanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen auf Neben- und/oder Kurzschlüsse, mit einer aus der Primärwicklung einer Zündspule und einem Unterbrecher gebildeten Reihen­schaltung, die an eine Versorgungs- bzw. Batterie­spannung angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine den Primärstrom (i) der Zündspule (2) erfassende und diesen in eine entsprechende Prüfspannung (U_Pr) um­wandelnde Meßanordnung (11), die eine die Prüfspan­nung (U_Pr) mit der Versorgungsspannung (U_V) verglei­chende Auswerteschaltung aufweist und bei gegenüber der Versorgungsspannung (U_V) zu großer Prüfspannung (U_Pr) eine Fehlermeldung abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da­durch gekennzeichnet, daß die Meß­ anordnung (11) ein im Primärstromkreis der Zündspule (2) liegendes Shunt (7) aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß parallel zum Shunt (7) eine Filterschal­tung (9) liegt, die aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes (R) und eines Kondensators (C) gebildet ist und daß die Kondensatorspannung (U_C) die Prüf­spannung (U_Pr) bildet.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich ­net, daß die Auswerteschaltung (10) einen Kompara­tor aufweist, dem die Prüfspannung (U_Pr) und die Versorgungsspannung (U_V) zugeführt werden.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß die Auswerteschaltung (10) für den Spannungsvergleich einen der Versorgungsspannung (U_V) entsprechenden Referenzwert (U_R) bildet.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß die Auswerteschaltung (10) für den Spannungsvergleich mindestens einen Momentanwert der Prüfspannung (U_Pr) heranzieht.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß die zeitliche Lage des Momentanwertes in Bezug auf die Zeitdauer eines Primärstrom- bzw. Prüfspannungsimpulses in der ersten, früheren Hälfte des Primärstromimpulses liegt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß die zeitliche Lage des Momentanwertes in Bezug auf die Zeitdauer eines Primärstromimpulses in Abhängigkeit von der Ausbildung der Hochspannungs­zündanlage festgelegt wird.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß die Auswerteschaltung (10) bei im Ver­gleich zum Referenzwert (U_R) größerem Momentanwert die Fehlermeldung abgibt.

Zeichnung