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Title:
ARRANGEMENT FOR DETECTING A MEASURING SIGNAL ON A HIGH VOLTAGE SIDE, IN PARTICULAR A SIGNAL CORRESPONDING TO ION CURRENT BETWEEN SPARKING PLUG ELECTRODES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/031521
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an arrangement for detecting a broad-band measuring signal, in particular a signal corresponding to a ion current between electrodes of a sparking plug (10) of an internal combustion engine. The inventive arrangement comprises three parallel current streams, wherein at least one secondary winding (14) of an igniting transformer (20) is placed in the first current stream. At least one sparking plug (10) spark gap formed by at least two electrodes is located in the second current stream. At least one measuring resistor (Rm) is arranged in the third current stream. The ends of the third current stream are connected directly and/or by means of a diode (D1) to a respective connection of the secondary winding (14)of the igniting transformer (20).

Inventors:
WEISSGERBER TYCHO (DE)
Application Number:
PCT/EP2006/066284
Publication Date:
March 22, 2007
Filing Date:
September 12, 2006
Export Citation:
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Assignee:
PULSE GMBH (DE)
WEISSGERBER TYCHO (DE)
International Classes:
F02P17/12; F02P3/02; H01F38/12
Domestic Patent References:
WO1997022803A21997-06-26
Foreign References:
EP0829642A11998-03-18
US6054860A2000-04-25
US4161387A1979-07-17
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
SCHAUMBURG, THOENES, THURN, LANDSKRON (München, DE)
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Claims:

Ansprüche

1. Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines breitbandigen Messsignals, insbesondere eines dem lonenstrom zwischen den Elektroden einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine entsprechenden Signals,

mit drei parallelen Strompfaden,

wobei im ersten Strompfad zumindest die Sekundärwicklung (14) eines Zündtransformators (20) angeordnet ist,

wobei im zweiten Strompfad zumindest die durch mindestens zwei Elektroden gebildete Funkenstrecke der Zündkerze (10) angeordnet ist,

wobei im dritten Strompfad zumindest ein Messwiderstand (Rm) angeordnet ist,

und wobei die Enden des dritten Strompfades direkt tmd/oder über eine Diode (D1 ) mit jeweils einem Anschluss der Sekundärwicklung (14) des Zündtransformators (20) verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Bereich zwischen einem Anschluss der Sekundärwicklung (14) und dem Messwiderstand (Rm) zumindest ein Abschnitt eines Transformatorkerns (13) des Zündtransformators (20) als elektrischer Leiter dient, wobei der Transformatorkem (13) vorzugsweise ein Eisenkern ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung (14) und den Enden des dritten Strompfades kein veränderlicher Widerstand angeordnet ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall über den Messwiderstand (Rm) als

Signal zum Erfassen des lonenstroms zwischen den Elektroden der Zündkerze (10) dient, und dass vorzugsweise eine Auswerteschaltung zum Erfassen des Spannungsabfalls über den Messwiderstand (Rm) vorgesehen ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiequelle (24) zum Erzeugen der zur Erfassen des breitbandigen Messsignals erforderlichen Energie vorgesehen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (24) im zweien oder im dritten Strompfad angeordnet ist, vorzugsweise im zweiten Strompfad in Reihe zu der durch die Elektroden der Zündkerze (10) gebildeten Funkenstrecke angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die E- nergiequelle (24) einen Kondensator (C1 ) aufweist, der vorzugsweise während des Zeitraums des Anliegens der Hochspannung an den Elektroden der Zündkerze (10) mit aufgeladen wird.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Kondensator (C1 ) ein Bauelement (ZPD) zur Beschränkung der Ladespannung des Kondensators (C1 ) vorgesehen ist, wobei dieses Bauelement (ZPD) vorzugsweise ein Varistor ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (C1 ) in Reihe mit der Funkenstrecke der Zündkerze (10) angeordnet ist.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Strompfad eine Diode (D1 ) in Reihe zur Sekundärwicklung (14) zum Verhindern eines Stromflusses durch die Sekundärwicklung (14) während des Erfassens des breitbandigen Messsignals

und/oder des dem lonenstrom zwischen den Elektroden der Zündkerze (10) entsprechenden Signals angeordnet ist.

1 1. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Strompfad mindestens ein zweiter Widerstand (R1 , R2) in Reihe zum Messwiderstand (Rm) angeordnet ist, der zusammen mit dem Messwiderstand einen Spannungsteiler bildet.

12. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (Rm) und der zweiten Widerstand über den Transformatorkern

(13) des Zündtransformators (20) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

13. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Widerstand (RI ) und ein Hochspannungsanschluss der Sekundärwicklung

(14) über den Transformatorkern (13) des Zündtransformators (20) elektrisch miteinander verbunden sind.

14. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Strompfad mindestens ein dritter Widerstand (R1) in Reihe zum zweiten Widerstand (R2) und zum Messwiderstand (Rm) angeordnet ist, wobei der zweite Widerstand (R2) und der dritte Widerstand (R1 ) über den Transformatorkern (13) des Zündtransformators (20) elektrisch miteinander verbunden sind.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Widerstand (RI ) zwischen einem ersten Anschiuss der Sekundärwicklung (14) und dem Transformatorkern (13) des Zündtransformators (20) angeordnet ist und dass der Messwiderstand (Rm) und er zweite Widerstand (R2) zwischen dem Transformatorkern (13) des Zündtransformators (20) und dem zweiten Anschiuss der Sekundärwicklung (14) angeordnet sind, wobei vorzugsweise der zweite Anschiuss der Sekundärwicklung (14) mit einem Bezugspotential verbunden ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Widerstand und der Gesamtwiderstand des zweiten Widerstandes (R2) und des Messwiderstandes (Rm) einen Spannungsteiler bildet, durch den das Potential des Transformatorkerns (13) des Zündtransformators (20) festgelegt ist.

17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Widerstand (R2) und/oder der dritte Widerstand (R1) und/oder der Messwiderstand (Rm) mit Hilfe einer resistiven Beschich- tung auf der Mantelfläche des Eisenkerns (13) gebildet ist.

18. Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines breitbandigen Messsignals, insbesondere eines dem lonenstrom zwischen den Elektroden einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine entsprechenden Signals,

mit drei parallelen Strompfaden,

wobei im ersten Strompfad zumindest die Sekundärwicklung (14) eines Zündtransformators (20) angeordnet ist,

wobei im zweiten Strompfad zumindest die durch mindestens zwei Elektroden gebildete Funkenstrecke der Zündkerze (10) angeordnet ist,

wobei im dritten Strompfad zumindest ein Messwiderstand (Rm) angeordnet ist,

und wobei zumindest in einem Bereich zwischen einem Anschluss der Sekundärwicklung (14) und dem Messwiderstand (Rm) zumindest ein Abschnitt eines Transformatorkerns (13) des Zündtransformators (20) als e- lektrischer Leiter dient.

Description:

Pulse GmbH Einsteinstr. 1 D-71083 Herrenberg

12. September 2006 E 9511 PCT - EC

Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines Messsiqnals, insbesondere eines dem lonenstrom zwischen den Elektroden einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine entsprechenden Signals

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines breitbandigen Messsignals, insbesondere eines dem lonenstrom zwischen den Elektroden einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine entsprechenden Signals. Die Anordnung weist mindestens einen ersten Strompfad auf, in dem zumindest die Sekundärwicklung des Zündtransformators angeordnet ist, und einen zweiten Strompfad, in dem zumindest die durch mindestens zwei Elektroden gebildete Funkenstrecke einer Zündkerze angeordnet ist.

Der Verbrennungsvorgang eines Benzin-Luft-Gemisches in Brennkraftmaschinen, insbesondere in Ottomotormotoren, wird durch einen Zündfunken initiiert, der durch eine zwischen zwei Elektroden einer Zündkerze angelegte Hochspannung erzeugt wird. Beim Erreichen einer Durchbruchsspannung wird zwischen den

Elektroden in Folge einer Lichtbogenentladung ein Lichtbogen erzeugt, der auch als Zündfunke bezeichnet wird. Durch die Lichtbogenentladung, durch die bei der Entladung entstehende UV-Strahlung und durch den Verbrennungsvorgang des Benzin-Luft-Gemisches erfolgt eine chemische und thermische Ionisation, und es werden im Brennraum Ladungsträger erzeugt, die auch nach Abriss des Lichtbogens im Bereich zwischen den Elektroden der Zündkerze vorhanden sind. Die Anzahl und Verteilung dieser Ladungsträger ist insbesondere vom Innendruck im Zylinder und vom Verbrennungsvorgang selbst abhängig.

Beim Verbrennungsvorgang wird eine thermisch-chemische Kettenreaktion eingeleitet, bei der neben den Ionen auch sogenannte Radikale gebildet werden. Als Radikale werden in der Chemie Atome und Moleküle mit mindestens einem unge- paarten Elektron bezeichnet, die meist eine hohe Reaktivität haben. Bedingt durch diese Reaktivität existieren Radikale meistens nur sehr kurze Zeit. Durch eine an die Elektroden der Zündkerze angelegte Spannung kann der Reaktionsablauf als Stromfluss gemessen werden. Dieser Reaktionsvorgang läuft sehr schnell ab. Dadurch beinhaltet der zwischen den Elektroden erzeugte lonenstrom hohe Frequenzanteile. Um möglichst aufschlussreiche Informationen über den Verbrennungsvorgang zu erhalten, muss ein breitbandiges Messsignal ermittelt werden. Bei bekannten Messanordnungen ist die Auswerteschaltung in Reihe zur Sekundärspule angeordnet, wodurch die Sekundärspule als Tiefpassfilter wirkt. Dadurch können nicht alle Frequenzanteile des lonenstroms ermittelt und ausgewertet werden. Ferner beeinträchtigt die Messschaltung bei bekannten Systemen die verfügbare Funkenenergie.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, bei der ein breitbandiges Messsignal auf einfache Weise hochspannungsseitig ermittelt und bei der die zum Erzeugen des Lichtbogens zur Verfügung stehende Energie nicht oder nur gering reduziert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines breitbandigen Messsignals mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ge-

löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Durch die Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird erreicht, dass den Elektroden der Zündkerze eine relativ große Energiemenge zum Erzeugen des Lichtbogens zugeführt werden kann und gleichzeitig lonenströme und andere hochfrequente Signalanteile präzise hochspannungsseitig zu messen. Eine unregelmäßige Kraftstoffverbrennung bei Verbrennungsmotoren, die auch als Klopfen bezeichnet wird, kann durch diese Anordnung im gesamten Drehzahl- Last-Bereich eines Verbrennungsmotors sicher erfasst werden, da die verfügbare Messbandbreite sicher größer als die akustische Resonanzfrequenz des Brennraums ist. Dadurch steht auch beim Einsatz der hochspannungsseitigen Messschaltung im gesamten Drehzahl-Last-Bereich ausreichend Energie zum Einleiten einer sicheren Verbrennung zur Verfügung.

Wird die Messspannung beispielsweise mit Hilfe eines Kondensators bereitgestellt, der durch die mit Hilfe des Zündtransformators erzeugten Hochspannung geladen wird, wird nur relativ wenig Energie zum Erzeugen der Messspannung entzogen. Vorzugsweise wird zum Entkoppeln des Messstromkreises von der Sekundärspule eine in bekannten Schaltungsanordnungen vorhandene Diode, die dort zur Unterdrückung des Einschaltimpulses dient, genutzt. Bei der Unterdrückung des Einschaltimpulses wird eine sekundärseitige Hochspannung infolge des primärseitigen Zuschaltens der Versorgungsspannung verhindert.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine weitere Anordnung zum hochspannungsseitigen Erfassen eines breitbandigen Messsignals, insbesondere eines dem Sonenstrom zwischen den Elektroden einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine entsprechenden Signals. Die Anordnung hat drei parallele Strompfade, wobei im ersten Strompfad zumindest die Sekundärwicklung eines Zündtransformators und im zweiten Strompfad zumindest die durch mindestens zwei Elektroden gebildete Funkenstrecke der Zündkerze angeordnet sind. Im dritten Strompfad ist zumindest ein Messwiderstand angeordnet. Zumindest in einem Bereich zwischen dem Anschluss der Sekundärwicklung und dem Messwiderstand dient

- A -

zumindest ein Abschnitt eines Transformatorkerns des Zündtransformators als elektrischer Leiter.

Durch diese Anordnung wird erreicht, dass ein breitbandiges Messsignal ermittelt werden kann, ohne dass die von der Sekundärspule des Zündtransformators zum Erzeugen eines Lichtbogens mit Hilfe der Zündkerze bereitgestellte Energie nicht oder nur gering durch die Messschaltung reduziert ist, wobei eine platzsparende Anordnung der Elemente insbesondere dadurch möglich ist, dass der Transformatorkern als elektrischer Leiter genutzt wird.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden auf die in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die an Hand spezifischer Terminologie beschrieben sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Schutzumfang der Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll, da derartige Veränderungen und weitere Modifizierungen an den gezeigten Vorrichtungen sowie derartige weitere Anwendungen der Erfindung, wie sie darin aufgezeigt sind, als übliches derzeitiges oder künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmanns angesehen werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, nämlich:

Fig. 1 einen Stromlaufplan einer bekannten Schaltungsanordnung zum Erfassen eines lonenstroms zwischen den Elektroden einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 den Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zum Erfassen eines breitbandigen Messsignals gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zum Erfassen eines breitbandigen Messsignals gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4 einen weiteren Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zum Erfassen eines Messsignals.

in Fig. 1 ist ein Stromlaufplan einer bekannten Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Zündlichtbogens, dem so genannten Zündfunken, mit Hilfe einer Zündkerze 10 gezeigt. Die zum Erzeugen des Lichtbogens erforderliche Hochspannung wird mit Hilfe eines Transformators 20 erzeugt wird. Der Transformator 20 hat eine Primärwicklung 12 und eine Sekundärwicklung 14, die über einen Eisenkern 13 magnetisch miteinander gekoppelt sind. Ein Anschluss der Primärwicklung 12 ist permanent mit dem Pluspol der Batteriespannung Ubatt einer Batterie 16 eines Kraftfahrzeugs verbunden. Der Minuspol der Batterie 16 ist mit der Masse des Kraftfahrzeugs verbunden, die als Bezugspotential dient. Eine elektronische Steuereinheit 18 erzeugt Ansteuerimpulse zum Ansteuern einer durch einen IGBT- Leistungstransistor gebildeten Leistungsendstufe und führt einem Steueranschluss (Gate) des IGBT-Leistungstransistors über einen Vorwiderstand Rz diese Steuerimpulse als Ansteuersignal zu.

Abhängig vom Ansteuersignal verbindet der IGBT-Leistungstransistor den zweiten Anschluss der Primärwicklung 12 mit der Masse. Ein erster Anschluss der Sekundärwicklung 14 ist mit der Hochspannungselektrode der Zündkerze 10 verbunden. Eine weitere Elektrode der Zündkerze 10 ist mit der Fahrzeugmasse verbunden. Die beiden Elektroden sind in einem Abstand zueinander angeordnet und bilden eine Funkenstrecke, über die mit Hilfe der durch den Zündtransformator 20 erzeugten Hochspannung ein Lichtbogen erzeugt wird. Der zweite Anschluss der Sekundärwicklung 14 ist mit einer Messschaltung 22 verbunden, die eine Energiequelle 24 und einen Messwiderstand Rm enthält. Die Energiequelle 24 umfasst einen Kondensator C1 und einen parallel zum Kondensator C1 angeordneten Varistor ZPD. Die Energiequelle 24, der Messwiderstand Rm, die Sekundärwicklung 14 und die Funkenstrecke der Zündkerze 10 sind in Reihe geschaltet und bilden über die Fahrzeugmasse einen geschlossenen Stromkreis.

Die Steuereinheit 18 erzeugt ein Ansteuersignal, durch das der IGBT- Leistungstransistor den zweiten Anschluss der Primärwicklung 12 mit Masse ver-

bindet, so dass ein geschlossener Stromkreis gebildet wird, durch den die Batteriespannung Ubatt an der Primärwicklung 12 anliegt. Dadurch fließt ein Primärstrom durch die Primärwicklung 12. Dieser Primärstrom erzeugt ein Magnetfeld, durch das ein magnetischer Fluss erzeugt wird. Beim Aufbau des Magnetfeldes nach dem Fließen des Primärstromes ändert sich der durch das Magnetfeld bewirkte magnetische Fluss. Die änderung des magnetischen Flusses induziert eine Spannung in der Sekundärwicklung 14. Diese induzierte Spannung liegt an den Elektroden der Zündkerze 10 an. Sofern die induzierte Spannung klein genug ist, d.h. solange die induzierte Spannung nicht die erforderliche Durchbruchsspannung der Zündkerze 10 erreicht hat, wird kein Zündfunke erzeugt. Durch die eingesetzte Diode D1 wird jedoch verhindert, dass die in der Sekundärwicklung 14 induzierte Spannung überhaupt an den Elektroden der Zündkerze 10 anliegt, wodurch ein Zündfunke beim Zuschalten der Primärwicklung 12 unabhängig von der Höhe der induzierten Spannung sicher verhindert wird.

Zum Erzeugen des Zündfunkens steuert die Steuereinheit 18 den IGBT- Leistungstransistor derart an, dass dieser die Verbindung zwischen der Masse und der Primärwicklung 12 trennt. Aufgrund der Trennung wird der durch die Primärwicklung 12 fließende Primärstrom abrupt unterbrochen, wodurch das durch den Primärstrom bewirkte Magnetfeld zusammenbricht. Der magnetische Fluss im magnetischen Kreis des Zündtransformators 20 wird dadurch schnell relativ stark geändert. Diese änderung des magnetischen Flusses bewirkt die Induktion einer Hochspannung in der Sekundärwicklung 14, wodurch die zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 anliegende Spannung die Durchbruchsspannung der Zündkerze 10 übersteigt und eine Hochspannungsentladung bewirkt.

Durch die sekundärseitig induzierte Hochspannung wird auch der Kondensator CI der Energiequelle 24 aufgeladen, wobei der Spannungsabfall über den Varistor ZPD die Ladespannung des Kondensators C1 bestimmt. Ferner beeinträchtigt der Messwiderstand Rm und der Varistor ZPD den Stromfluss im Sekundärstromkreis während des Anliegens der Hochspannung, wodurch die zum Erzeugen des Lichtbogens zur Verfügung stehende Energie im Sekundärstromkreis erheblich verringert ist.

Nach dem Abriss des Lichtbogens zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 speist die Energiequelle 24 den Sekundärstromkreis, wodurch ein Strom durch die Sekundärwicklung 14 über die Elektroden der Zündkerze 10, die Masseverbindung des Kraftfahrzeugs und den Messwiderstand Rm fließt. Mit Hilfe des dabei über den Messwiderstand Rm erzeugten Spannungsabfalls kann ein zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 vorhandener lonenstrom erfasst werden. Der Sekundärstromkreis dient dabei als Messstromkreis. In diesem Messstromkreis ist die Sekundärwicklung 14 des Transformators 20 in Reihe zum Messwiderstand Rm und zur Funkenstrecke der Zündkerze 10 angeordnet. Durch die Induktivität der Sekundärwicklung 14 werden kurzzeitige, d.h. relativ hochfrequente, Schwankungen der zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 vorhandenen Ladungsträger, insbesondere des lonenstroms, nicht am Messwiderstand Rm wirksam. Die Sekundärwicklung 14 dient somit als Tiefpassfilter, wodurch nur ein relativ schmalbandiges Signal des lonenstroms zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 zur Verfügung steht. Das Signal bildet somit nur niederfrequente änderungen des lonenstroms ab.

In Fig. 2 ist ein Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Die primärseitige Beschallung des Transformators 20 stimmt mit der in Fig. 1 gezeigten Beschaltung überein. Der Sekundärstromkreis, d.h. der Hochspannungsstromkreis, hat drei parallele Strompfade, wobei im ersten Strompfad die Sekundärwicklung 14 des Transformators 20 und im zweiten Strompfad die Energiequelle 24 sowie die durch die Elektroden der Zündkerze 10 gebildete Funkenstrecke angeordnet sind. Im dritten Strompfad ist ein aus drei Widerständen RI , R2 und Rm gebildeter Spannungsteiler angeordnet. Der Eisenkern 13 des Zündtransformators 20 wird als elektrischer Leiter zum Verbinden der Widerstände R1 und R2 genutzt. Der Eisenkern 13 bildet somit einen Abschnitt des dritten Strompfades. Ferner ist im ersten Strompfad eine Diode D1 in Reihe zur Sekundärwicklung 14 angeordnet, die einen Stromfluss durch den bereits in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Einschaltimpuls verhindert.

Femer verhindert die Diode D1 einen Stromfluss durch den ersten Pfad, wenn mit Hilfe der Energiequelle 24 eine Messspannung in einem aus der durch die Elektroden der Zündkerze 10 gebildeten Funkenstrecke und den aus den Widerständen R1 , R2 und Rm gebildeten Spannungsteiler erzeugten Messstromkreis angelegt wird. Der Messstromkreis wird somit mit Hilfe der Diode D1 von der Sekundärwicklung 14 entkoppelt, so dass die Sekundärwicklung 14 im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung nicht als Tiefpassfilter wirkt.

Durch den aus dem Widerstand R1 und dem Gesamtwiderstand aus den Widerständen R2 und Rm gebildeten Spannungsteiler wird das Potential des Eisenkerns 13 des Transformators 20 während des Anliegens der Hochspannung im Sekundärstromkreis eingestellt. Die Summe der Widerstände R1 , R2 und Rm sollte > 1 Megaohm betragen, um den Stromfluss über diesen dritten Strompfad zu reduzieren und so der Zündkerze 10 ausreichend Energie zum Erzeugen des Lichtbogens zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise liegt der Widerstandswert der Summe der Widerstände R1 , R2 und Rm im Bereich zwischen 10 und 100 Megaohm, wobei der Widerstandwert des Widerstands R1 auch 0 Ohm betragen kann, wie nachfolgend im Zusammenhang mit Figur 3 erläutert. Mit Hilfe des aus den Widerständen R1 und dem Gesamtwiderstand der Widerstände R2 und Rm gebildeten Spannungsteilers kann das Potential des Eisenkerns 13 einfach eingestellt werden. Beispielsweise können die Widerstände R1 und der Gesamtwiderstand aus den Widerständen R2 und Rm gleich groß gewählt werden, so dass der Eisenkern 13 etwa ein Hochspannungspotential hat, was einem schwebenden Kern beim Stand der Technik entspricht.

Insbesondere kann bei Stabtransformatoren, die direkt auf die in einen Zylinderkopf eines Kraftfahrzeugs eingeschraubte Zündkerze gesteckt werden, das Messsignal über den als elektrischer Leiter dienenden Eisenkern 13 einfach von einem Ende des Eisenkerns 13 zum anderen Ende des Eisenkerns 13 geleitet werden, wodurch ein einfacher konstruktiver Aufbau des Stabtransformators möglich ist, ohne dass zusätzliche Signalleitungen zum Leiten des Messsignals von einem Ende des Stabtransformators zum anderen Ende erforderlich sind.

In Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die ähnlich der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist. Im Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung entfällt bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 der Widerstand R1 , so dass der Eisenkern 13 im Wesentlichen das von der Sekundärwicklung 14 erzeugte Hochspannungspotential hat. Konkret hat der Eisenkern 13 während eines Zündvorgangs ein Potential, das gegenüber dem Hochspannungspotential der Sekundärwicklung 14 um den Spannungsabfall der Diode D1 , d.h. um 0,7 Volt, verringert ist. Während des Messvorgangs, d.h. im Anschluss an den Zündvorgang, hat der Eisenkern 13 dann das Potential der durch die Energiequelle 24 erzeugten Messspannung. Wie bereits erwähnt, wird der Einschaltimpuls durch die Diode D1 im Sekundärstromkreis gesperrt, so dass die durch den Einschaltimpuls in der Sekundärspule 14 erzeugte Spannung nicht am Eisenkern 13 des Transformators 20 anliegt. Ferner dient die Diode D1 als Entkopplungsmittels zum Entkoppeln des aus Zündkerze 10. Spannungsquelle 24, und den Widerständen R2 und Rm bzw. R1 , R2 und Rm bestehenden Messkreis von der Sekundärwicklung 14 während eines durch die Spannungsquelle 24 bewirkten Stromflusses im Messkreis. Durch die Diode D1 wird somit verhindert, dass beim Speisen des Messkreises mit der Messspannung ein Strom durch die Sekundärwicklung 14 fließt.

Das Messsignal wird vorzugsweise über einen Pfad parallel zur Sekundärwicklung 14 geleitet. Die Widerstandswerte des aus den Widerständen R1 und dem Gesamtwiderstand aus den Widerständen R2 und Rm gebildeten Spannungsteilers sollten so groß gewählt werden, dass die kapazitive Kopplung des Eisenkerns 13 erhalten bleibt. Alternativ zu den Widerständen R1 oder R2 kann auch ein als Widerstand dienender Spulenkörper oder eine Beschichtung des Eisenkerns 13 oder eines Bereichs des Eisenkerns 13 mit einem Widerstandmateria!, d.h. mit einer resistiven Beschichtung, verwendet werden, wodurch weitere konstruktive Vorteile erreicht werden.

Mit Hilfe der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Schaltungsanordnungen ist es möglich, Zündtransformatoren 20 mit Funkenenergien von > 35 mü einzusetzen und dennoch lonenströme und andere hochfrequente Signalanteile hochspan-

nungsseitig zu messen. Eine Klopferkennung beim Auftreten von explosionsartigen Verbrennungen, die für die mechanische Bewegung des Kolbens zu schnell ist, kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen auch mit herkömmlichen Zündtransformatoren, insbesondere mit Stabzündtransformatoren, automatisch ermittelt werden. Auch mit diesen herkömmlichen Zündtransformatoren wird trotzt der Messschaltung über den gesamten Drehzahl-Last-Bereich des Verbrennungsmotors eine ausreichende Funkenenergie bereitgestellt. Zum Erzeugen der Messspannung mit Hilfe der Energiequelle 24 wird zum Laden des Kondensators C1 der Energiequelle 24 dem Sekundärkreis nur relativ wenig E- nergie entzogen.

Die sekundärseitige Hochspannung wird im dritten Zweig direkt über den ohm- schen Spannungsteiler R1 , R2, Rm bzw. R2, Rm gemessen. Somit ist die Induktivität der Sekundärspule 14 nicht im Messzweig und wirkt dadurch nicht als Tiefpassfilter. Die messbaren Frequenzanteile der Zündkerzenspannung, die mit Hilfe des Spannungsabfalls über den Messwiderstand Rm erfasst werden können, sind lediglich durch die kapazitive Ankopplung des Eisenkerns 13 des Zündtransformators 20 und durch die Widerstände des Spannungsteilers R1 , R2, Rm bzw. R2, Rm beschränkt. Dadurch ist die Bandbreite des gemessenen Signals im Wesentlichen auch nur durch die kapazitive Ankopplung des Eisenkerns 13 des Zündtransformators 20 und durch die Widerstände des Spannungsteilers R1 , R2, Rm bzw. R2, Rm beschränkt,

Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Schaltungsanordnungen dienen als Messschaltungen, durch die die Verläufe der zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 anliegenden Kerzenspannung präzise erfasst werden. Dadurch kann sowohl die Brenndauer, die Brennspannung, die Durchbruchsspannung und der Anstieg der Kerzenspannung vor dem Funkenüberschlag, d.h. vor dem Lichtbogen, zwischen den Elektroden der Zündkerze 10 exakt erfasst werden.

In Fig. 4 ist ein Stromlaufplan einer weiteren Ausführungsform einer Ansteuerung einer Auswerteschaltung dargestellt. Im Unterschied zu den Anordnungen nach Fig. 2 und 3 ist im ersten Strompfad ein Varistor VAR1 angeordnet, der einen zu-

sätzlichen Spannungsabfall im ersten Strompfad bewirkt. Dieser Spannungsabfall bewirkt dann eine Verringerung der der Zündkerze 10 zur Verfügung stehenden Zündenergie. Ferner muss das Messsignal über den Messwiderstand Rm oder das nach dem Varistor VDR1 anliegende Hochspannungspotential insbesondere bei Stabtransformatoren relativ aufwendig zu einem änschlussbereich des Stabtransformators geführt werden.

Obgleich in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele aufgezeigt und detailliert beschrieben worden sind, sollte sie lediglich als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend angesehen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben sind und sämtliche Veränderungen und Modifizierungen, die derzeit und künftig im Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden sollen.

Bezugszeichenhste

10 Zündkerze

12 Primärwicklung

13 Eisenkern

14 Sekundärwicklung

16 Batterie

18 Steuereinheit

20 Transformator

22 Messschaltung

24 Energiequelle / Spannungsquelle

IGBT Leistungstransistor

Rz Vorwiderstand

Ubatt Batteriespannung

C1 Kondensator

ZPD, ZPD1 , ZPD3 Varistor

R1 , R2 Widerstand

Rm Messwiderstand

D1 Diode