Treiberschaltung

Abstract

 Es wird eine Treiberschaltung für eine einem Zylinder eines Dieselmotors zugeordnete Ionenmesseinrichtung zur Messung der Leitfähigkeit des im Zylinder befindlichen Verbrennungsgases beschrieben, mit der an eine dem Zylinder zugeordnete, als Sensor dienende Glühkerze für eine jeweilige Ionenmessung eine negative Spannung anlegbar ist. Dabei wird die negative Spannung mittels eines Kondensators erzeugt, der nach einem jeweiligen Abschalten der Glühkerze über die in der internen Induktivität der Glühkerze gespeicherte magnetische Energie entsprechend aufgeladen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung für eine einem Zylinder eines Dieselmotors zugeordnete Ionenmesseinrichtung zur Messung der Leitfähigkeit des im Zylinder befindlichen Verbrennungases, mit der an eine dem Zylinder zugeordnete, als Sensor dienende Glühkerze für eine jeweilige Ionenmessung eine negative Spannung anlegbar ist.

[0002] Zur Messung der Leitfähigkeit des in einem Zylinder eines Dieselmotors befindlichen Verbrennungsgases kann als Sensor die Glühkerze des Zylinders verwendet werden, über die dann eine jeweilige Ionenmessung erfolgen kann. Die Glühkerze des jeweiligen Zylinders kann mit einem Mess- oder Referenzwiderstand in Reihe geschaltet und insbesondere mit der Innenwand des Zylinders leitend verbunden sein. Zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Verbrennungsgases wird an die Glühkerze eine elektrische Spannung angelegt. Soll die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases auf der Basis der im Verbrennungsgas enthaltenen positiv geladenen Teilchen bestimmt werden, kann an die Glühkerze beispielsweise während eines Teils des Verdichtungshubes und eines Teils des Arbeitshubes des Kolbens des betreffenden Zylinders eine negative Spannung angelegt werden. Durch die während des Verbrennungsprozesses entstehenden positiv geladenen Teilchen ändert sich die Leitfähigkeit des Verbrennungsgases zwischen der Glühkerze und der Innenwand des Zylinders, wodurch sich die am Mess- bzw. Referenzwiderstand abfallende Spannung ändert, die gemessen und als Messsignal ausgegeben wird.

[0003] In allen Fällen, in denen Ionenmessungen mit einer Spannung durchgeführt werden, die verschieden von den im Steuergerät des betreffenden Fahrzeugs vorhandenen Spannungen ist, ist eine zweite Spannungsversorgung erforderlich. Aus verschiedenen technischen Gründen wird in vielen Fällen eine negative Spannung an die Glühkerze angelegt, um eine jeweilige Ionenmessung durchzuführen. Dabei wird der Glühkerzenanschluss mit negativem Potential und das masseseitige Kerzenende mit einem positiven Potential beaufschlagt. Der Stromfluss zwischen der Kerzenspitze und dem Zylinderkopf bestimmt Form und Amplitude des Ionenmesssignals während des Verbrennungsprozesses.

[0004] Bisher musste zur Bereitstellung der negativen Spannung stets eine zweite Spannungsversorgung in das Steuergerät oder den Glühkerzen-Controller integriert werden. Dazu kann beispielsweise ein Gleichspannungswandler oder eine Ladungspumpe eingesetzt werden. Derartige Lösungen sind jedoch relativ aufwändig und teuer.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Treiberschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die zuvor genannten Probleme beseitigt sind. Dabei soll insbesondere ein relativ einfacher und entsprechend kostengünstiger Aufbau der Treiberschaltung erreicht werden.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die negative Spannung mittels eines Kondensators erzeugt wird, der nach einem jeweiligen Abschalten der Glühkerze über die in der internen Induktivität der Glühkerze gespeicherte magnetische Energie entsprechend aufgeladen wird.

[0007] Vorteilhafterweise sind Mittel vorgesehen, durch die die am Kondensator erzeugte negative Spannung auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.

[0008] Bevorzugt sind auch Mittel vorgesehen, die verhindern, dass durch entsprechendes Aufladen oder Umladen des Kondensators an diesem eine positive Spannung erzeugt wird.

[0009] Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Treiberschaltung ist die als Sensor dienende Glühkerze mit einem Messwiderstand verbunden. Dabei ist die mittels des Kondensators erzeugte negative Spannung vorzugsweise an eine die Glühkerze sowie den Messwiderstand umfassende Reihenschaltung anlegbar.

[0010] Vorteilhafterweise sind auch Mittel vorgesehen, durch die der Messwiderstand beim Abschalten der als Sensor dienenden Glühkerze überbrückt wird.

[0011] Im eingeschalteten Zustand ist die als Sensor dienende Glühkerze zweckmäßigerweise mit einer Spannungsversorgung, insbesondere der Spannungsversorgung des betreffenden Kraftfahrzeugs verbunden. Dabei kann über diese Spannungsversorgung insbesondere eine positive Spannung an die Glühkerze angelegt werden.

[0012] Im abgeschalteten Zustand der als Sensor dienenden Glühkerze ist die Verbindung zur Spannungsversorgung unterbrochen. In dieser Phase wird die Glühkerze zweckmäßigerweise also nur von der negativen Spannung beaufschlagt.

[0013] Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Treiberschaltung ist im eingeschalteten Zustand der als Sensor dienenden Glühkerze ein Kerzenende mit der positiven Klemme und das andere Kerzenende mit der negativen Klemme (Masse) der Spannungsversorgung verbunden.

[0014] Insbesondere das masseseitige Ende der als Sensor dienenden Glühkerze kann mit dem Zylinderkopf bzw. der Zylinderinnenwand verbunden sein.

[0015] Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform ist ein Ende des Messwiderstandes mit dem masseseitigen Ende der als Sensor dienenden Glühkerze und dessen anderes Ende mit dem Kondensator verbunden, der andererseits mit dem nicht auf Masse liegenden Ende der Glühkerze verbunden ist.

[0016] Die Mittel zur Begrenzung der am Kondensator erzeugten negativen Spannung umfassen vorzugsweise wenigstens eine Zenerdiode. Dabei ist die betreffende Zenerdiode vorzugsweise zum Kondensator parallel geschaltet.

[0017] Die Mittel zur Verhinderung einer positiven Spannung am Kondensator umfassen vorteilhafterweise eine Diode. Dabei kann diese Diode beispielsweise gleichzeitig durch die Zenerdiode zur Begrenzung der am Kondensator erzeugten negativen Spannung gebildet sein, die somit sowohl der Begrenzung der negativen Spannung als auch der Verhinderung einer positiven Spannung dient. Bevorzugt ist die Diode bzw. Zenerdiode zum Kondensator parallel geschaltet.

[0018] Die Mittel zur Überbrückung des Messwiderstandes beim Abschalten der Glühkerze umfassen vorteilhafterweise eine Diode, die vorzugsweise zum Messwiderstand parallel geschaltet ist.

[0019] Der Messwiderstand besitzt bevorzugt einen relativ hohen Widerstandswert, der beispielsweise in einem Bereich von etwa 500 kΩ liegen kann.

[0020] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

[0021] Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Treiberschaltung 10 für eine einem Zylinder eines Dieselmotors zugeordnete Ionenmesseinrichtung zur Messung der Leitfähigkeit des im Zylinder befindlichen Verbrennungsgases. Wie sich aus dem folgenden ergibt, kann mit einer solchen Treiberschaltung 10 an eine dem Zylinder zugeordnete, als Sensor dienende Glühkerze 12 für eine jeweilige Ionenmessung eine negative Spannung angelegt werden.

[0022] Wie anhand der Figur zu erkennen ist, umfasst die als Sensor für die Ionenmessung dienende Glühkerze 12 einen internen Widerstand 14, eine interne Induktivität 16 sowie eine interne Diode 18.

[0023] Die negative Spannung wird mittels eines Kondensators 20 erzeugt, der nach einem jeweiligen Abschalten der Glühkerze 12, d.h. beispielsweise nach einem jeweiligen Trennen der Glühkerze 12 von der Spannungsversorgung 22 des betreffenden Kraftfahrzeugs, über die in der internen Induktivität 16 der Glühkerze 12 gespeicherte magnetische Energie entsprechend aufgeladen wird.

[0024] Es sind Mittel vorgesehen, durch die die am Kondensator 20 erzeugte negative Spannung auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird. Im vorliegenden Fall umfassen diese Mittel beispielsweise eine Zenerdiode 24, die vorzugsweise zum Kondensator 20 parallel geschaltet ist.

[0025] Überdies sind Mittel vorgesehen, die verhindern, dass durch entsprechendes Aufladen des Kondensators 20 an diesem eine positive Spannung erzeugt wird. Diese Mittel umfassen im vorliegenden Fall beispielsweise eine Diode, die beispielsweise durch die Zenerdiode 24 zur Begrenzung der der am Kondensator 20 erzeugten negativen Spannung gebildet ist, die somit sowohl der Begrenzung der negativen Spannung als auch der Verhinderung einer positiven Spannung dient.

[0026] Wie anhand der einzigen Figur zu erkennen ist, ist die als Sensor für die Ionenmessung dienende Glühkerze 12 mit einem Messwiderstand 26 verbunden. Dabei ist die mittels des Kondensators 20 erzeugte negative Spannung an eine die Glühkerze 12 sowie den Messwiderstand 26 umfassende Reihenschaltung 12, 26 anlegbar.

[0027] Überdies sind Mittel vorgesehen, durch die der Messwiderstand 26 beim Abschalten der als Sensor dienenden Glühkerze 12 überbrückt wird. Im vorliegenden Fall umfassen diese Mittel beispielsweise eine Diode 28, die vorzugsweise zum Messwiderstand 26 parallel geschaltet ist.

[0028] Der Messwiderstand 26 umfasst vorzugsweise einen relativ hohen Widerstandswert, der beispielsweise im Bereich von etwa 500 kΩ liegen kann.

[0029] Im eingeschalteten Zustand ist die als Sensor dienende Glühkerze 12 mit der Spannungsversorgung 22 verbunden. Wie anhand der Figur 1 zu erkennen ist, ist über diese Spannungsversorgung 22 eine positive Spannung an die Glühkerze 12 anlegbar. Dabei kann die betreffende Spannung beispielsweise 12 V betragen. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Spannungswerte denkbar.

[0030] Im abgeschalteten Zustand der als Sensor dienenden Glühkerze 12 ist die Verbindung zur Spannungsversorgung 22 unterbrochen. Die betreffende Verbindung kann beispielsweise über einen entsprechenden Schalter 30 hergestellt bzw. unterbrochen werden.

[0031] Im eingeschalteten Zustand der als Sensor dienenden Glühkerze 12 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Kerzenende 32 mit der positiven Klemme 34 und das andere Kerzenende 36 mit der negativen Klemme der Spannungsversorgung 22 bzw. Masse 38 verbunden.

[0032] Das masseseitige Ende 36 der als Sensor dienenden Glühkerze kann insbesondere mit dem Zylinderkopf bzw. der Zylinderinnenwand verbunden sein. Wie anhand der einzigen Figur zu erkennen ist, ist das untere Ende des Messwiderstands 26 mit dem masseseitigen Ende 36 der als Sensor dienenden Glühkerze 12 und dessen anderes Ende mit dem Kondensator 20 verbunden, der andererseits mit dem nicht auf Masse 38 liegenden Ende 32 der Glühkerze 12 verbunden ist.

Bezugszeichenliste

[0033] 

10

Treiberschaltung

12

Glühkerze, Sensor

14

interner Widerstand

16

interne Induktivität

18

interne Diode

20

Kondensator

22

Spannungsversorgung

24

Zenerdiode

26

Messwiderstand

28

Diode

30

Schalter

32

Kerzenende

34

positive Klemme

36

Kerzenende

38

Masse

Ansprüche

1. Treiberschaltung (10) für eine einem Zylinder eines Dieselmotors zugeordnete Ionenmesseinrichtung zur Messung der Leitfähigkeit des im Zylinder befindlichen Verbrennungases, mit der an eine dem Zylinder zugeordnete, als Sensor dienende Glühkerze (12) für eine jeweilige Ionenmessung eine negative Spannung anlegbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die negative Spannung mittels eines Kondensators (20) erzeugt wird, der nach einem jeweiligen Abschalten der Glühkerze (12) über die in der internen Induktivität (16) der Glühkerze (12) gespeicherte magnetische Energie entsprechend aufgeladen wird.

2. Treiberschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel (24) vorgesehen sind, durch die die am Kondensator (20) erzeugte negative Spannung auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.

3. Treiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel (24) vorgesehen sind, die verhindern, dass durch entsprechendes Aufladen des Kondensators (20) an diesem eine positive Spannung erzeugt wird.

4. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die als Sensor dienende Glühkerze (12) mit einem Messwiderstand (26) verbunden ist.

5. Treiberschaltung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mittels des Kondensators (20) erzeugte negative Spannung an eine die Glühkerze (12) sowie den Messwiderstand (26) umfassende Reihenschaltung (12, 26) anlegbar ist.

6. Treiberschaltung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel (28) vorgesehen sind, durch die der Messwiderstand (26) beim Abschalten der als Sensor dienenden Glühkerze (12) überbrückt wird.

7. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die als Sensor dienende Glühkerze (12) im eingeschalteten Zustand mit einer Spannungsversorgung (22), insbesondere der Spannungsversorgung des betreffenden Kraftfahrzeugs, verbunden ist.

8. Treiberschaltung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass über die Spannungsversorgung (22) eine positive Spannung an die Glühkerze (12) anlegbar ist.

9. Treiberschaltung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass im abgeschalteten Zustand der als Sensor dienenden Glühkerze (12) die Verbindung zur Spannungsversorgung (22) unterbrochen ist.

10. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass im eingeschalteten Zustand der als Sensor dienenden Glühkerze ein Kerzenende (32) mit der positiven Klemme (34) und das andere Kerzenende (36) mit der negativen Klemme (Masse) der Spannungsversorgung (22) verbunden ist.

11. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass insbesondere das masseseitige Ende (36) der als Sensor dienenden Glühkerze (12) mit dem Zylinderkopf bzw. der Zylinderinnenwand verbunden ist.

12. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Ende des Messwiderstandes (26) mit dem masseseitigen Ende der als Sensor dienenden Glühkerze (12) und dessen anderes Ende mit dem Kondensator (20) verbunden ist, der andererseits mit dem nicht auf Masse (38) liegenden Ende (32) der Glühkerze (12) verbunden ist.

13. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Begrenzung der am Kondensator (20) erzeugten negativen Spannung wenigstens eine Zenerdiode (24) umfassen.

14. Treiberschaltung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zenerdiode (24) zum Kondensator (20) parallel geschaltet ist.

15. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Mittel zur Verhinderung einer positiven Spannung am Kondensator (20) wenigstens eine Diode (24) umfassen.

16. Treiberschaltung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet t ,
dass die Diode durch die Zenerdiode (24) zur Begrenzung der am Kondensator (20) erzeugten negativen Spannung gebildet ist, die somit sowohl der Begrenzung der negativen Spannung als auch der Verhinderung einer positiven Spannung dient.

17. Treiberschaltung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Diode bzw. Zenerdiode (24) zum Kondensator (20) parallel geschaltet ist.

18. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Überbrückung des Messwiderstandes (26) beim Abschalten der Glühkerze (12) wenigstens eine Diode (28) umfassen.

19. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Diode (28) zum Messwiderstand (26) parallel geschaltet ist.

20. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messwiderstand (26) einer Widerstandswert von etwa 500 kΩ besitzt.

Zeichnung