技术领域
[0001] 本
发明涉及一种按
权利要求1前序部分所述的用于对内燃机的气缸分配进行检测的分析线路。
背景技术
[0002] 用于对点火线圈尤其是2×2点火线圈进行
信号分析的
现有技术是在这样的双火花线圈上实现的多种多样的电容方面的截取方案。对于双火花线圈来说，次级绕组的两个端部分别与一个
火花塞相连接。在断开初级侧的充电
电流之后，两个火花塞上的
电压相对于零线几乎对称地上升，其中一个电压朝正电压上升，另一个电压则朝负电压上升。位于处于
排气冲程中的气缸中的火花塞由于更小的
燃烧室压
力而具有比另一个处于压缩冲程中的火花塞小的
击穿电压。如果仅仅第一火花塞击穿，那么该火花塞上的电压就从大约8...20kV降低到仅仅900...1000V，这导致次级绕组的总电位移动数kV。
[0003] 但是对于已知的比如在DE 40 28 545 A1中所说明的方法来说，很困难并且部分无法实施的是，借助于推导的信号来实现气缸分配，因为解耦的次级信号也受到点火线圈的初级
电路的影响。
发明内容
[0004] 相对于此，按本发明的具有权利要求1所述特征的装置具有这样的优点，即可以完全检测所述双火花线圈的绕组上的电位位移并且
输出信号，该信号显示出被压缩的气缸并且在其电气特性方面与以往的
相位信号
传感器相同，由此能够获得以往由相位信号传感器提供的
发动机中的气缸分配。借助于按本发明的用于对内燃机的气缸分配进行检测的装置来提供可以在控制仪中轻易且可靠地探测的信号，因为通过以下方式来保持(延长)
输入信号从而获得更高的鲁棒性，即设置优选低通限制的峰值级，该峰值级接收相对于特定的第一电位以电容方式在点火线圈上输出的信号或者从中推导出来的第一分析信号并且保存所接收的信号的正的峰值，用于产生第二分析信号，并且保存所接收的信号的负的峰值，用于产生第三分析信号。此外，因此在按本发明的分析线路中可以使用廉价的具有微小的转换速率(Slew-Rate)的
运算放大器。
[0005]
从属权利要求显示出本发明优选的改进方案。
[0006] 特别优选按本发明的优选低通限制的峰值级具有第一分支和第二分支，其中所述第一分支接收相对于特定的第一电位以电容方式在点火线圈上输出的信号或者从中推导出来的第一分析信号并且将其通过由
二极管和连接在该二极管的
阴极上的
电阻构成的
串联线路引导到由电容器和电阻构成的第一并联线路的第一
节点上，该第一并联线路的第二节点连接到地电位上，其中所述第二分析信号加载在所述第一并联线路的第一节点上，并且所述第二分支接收相对于特定的第一电位以电容方式在点火线圈上输出的信号或者从中推导出来的第一分析信号并且将其通过由二极管和连接在该二极管的
阳极上的电阻构成的串联线路引导到由电容器和电阻构成的第二并联线路的第一节点上，该第二并联线路的第二节点连接到正的工作电压上，其中所述第三分析信号加载在所述第二并联线路的第一节点上。
[0007] 对于按本发明的分析线路来说，此外进一步优选所述第一分支通过在该第一分支中与所述二极管的阳极相连接的第一电容器来接收相对于所述特定的第一电位以电容方式在点火线圈上输出的信号或者从中推导出来的第一分析信号，并且所述第二分支通过在该第二分支中与所述二极管的阴极相连接的第二电容器来接收所述相对于特定的第一电位以电容方式在点火线圈上输出的信号或者从中推导出来的第一分析信号。
[0008] 作为替代方案或者进一步优选按本发明的分析线路包括输出级，该输出级接收所述第二分析信号并且在超过第一输入
阈值时将所述第二分析信号保存一段特定的时间用于形成第四分析信号，并且所述输出级接收所述第三分析信号并且在低于第二输入阈值时将所述第三分析信号保存一段特特定的时间用于形成第五分析信号。
[0009] 进一步优选在按本发明的分析线路中，在
分压器的中间分接头上产生所述第一输入阈值，所述分压器的第一端部处于地电位上并且其第二端部与二极管的阴极相连接，该二极管的阳极则连接到正的供电电压上，并且在分压器的中间分接头上产生所述第二输入阈值，该分压器的第一端部与正的供电电压相连接并且其第二端部与二极管的阳极相连接，所述二极管的阴极处于地电位上。
[0010] 进一步优选在按本发明的分析线路中，所述输出级具有第一比较器-单稳态触发器-线路和第二比较器-单稳态触发器-线路，其中所述第一比较器-单稳态触发器-线路包括
运算放大器，在所述运算放大器的负的输入端上加载所述第二分析信号并且在其正的输入端上加载所述第一输入阈值，其中所述加载在运算放大器的输出端上的第四分析信号通过由电容器、电阻和二极管构成的串联线路反馈到所述运算放大器的正的输入端上，其中所述电容器连接到运算放大器的正的输入端上并且所述二极管的阴极连接到运算放大器的输出端上，并且所述第二比较器-单稳态触发器-线路包括运算放大器，在该运算放大器的正的输入端上加载通过电阻来导引的第三分析信号并且在其负的输入端上加载所述第二输入阈值，其中所述加载在运算放大器的输出端上的第五分析信号通过由电容器、电阻和二极管构成的串联线路反馈到运算放大器的正的输入端上，其中所述电容器连接到运算放大器的正的输入端上并且所述二极管的阴极连接到运算放大器的输出端上。
[0011] 作为替代方案或者补充方案，按本发明的分析线路优选包括放大器，该放大器在所述相对于特定的第一电位以电容方式在点火线圈上输出的信号或者从中推导出来的第一分析信号被引导到所述优选低通限制的峰值级上之前将其放大。
[0012] 进一步优选在按本发明的分析线路中，在分接板(2)上所感应的电荷用作以电容方式在点火线圈上输出的信号，所述电荷由分压器电容器(4)如此朝所述第一电位来分布，从而在所述分压器电容器(4)上产生较低的电容器电压，并且所述第一电位优选是地电位尤其是发动机地电位。发动机地电位是指一种地电位，火花塞连接到该地电位上，因而尤其是指气缸头的地电位。将发动机地电位选择为第一电位，由此避免展开的表面。
[0013] 作为替代方案或者补充方案，按本发明的分析线路优选包括具有差分元件的输入线路，所述差分元件形成所述第一电位或者从中推导出来的信号与所述以电容方式在点火线圈上输出的信号或者从中推导出来的信号的差分，用于形成第一分析信号，其中所述差分元件优选是以阻抗-电容(ohmisch-kapazitiv)的方式反馈的
差分放大器，该差分放大器在其负的输入端上接收所述以电容方式在点火线圈上输出的信号或者从中推导出来的信号并且在其正的输入端上接收所述第一电位或者从中推导出来的信号。通过这样的差分形成来保证提高抗干扰性。
[0014] 此外作为补充方案或者替代方案，按本发明的分析线路包括窗口形成单元(Fensterbildungseinheit)，该窗口形成单元形成用于所述第一分析信号或者从中推导出来的信号的分析窗口，方法是探测时间范围，在该时间范围中点火线圈的次级电压高于通过火花点火电压确定的初级电压。
[0015] 最后，按本发明进一步优选或者作为替代方案，点火线圈是双火花线圈。
[0016] 此外按本发明获得这样的优点，即能够比由相位传感器和传感器轮构成的组合更为廉价地获得相位信息，也就是获得
曲轴位置相对于
凸轮轴位置的明确的分配，其中将仅仅少数几个无源的构件集成到点火线圈中并且在分析线路中对如此准备的信号进行分析这种做法比将
电子装置整体集成到点火线圈中这种做法更为廉价。这一点可以得到实现，因为保持(延长)了输入信号，由此产生更高的鲁棒性，因为优选信号源用正确的阻抗来隔绝，由此消除发动机地电位与控制仪地电位之间的地电位偏差，因为进一步优选以差分方法对输入信号进行分析，由此保证了高的抗干扰性，因为还进一步优选对
温度影响进行补偿，因为还进一步优选滤出
干扰信号，由此产生提高了的抗干扰性，因为还进一步优选通过时间关联来将有效信号和干扰信号分开，并且因为还进一步优选可以将所探测到的状态保存一段特定的时间。
附图说明
[0017] 下面参照附图对本发明的
实施例进行详细说明。附图示出：
[0018] 图1是次级电压分布以及按本发明的装置的粗略结构，
[0019] 图2是分接板上的电压分布，并且
[0020] 图3是按本发明的分析线路的优选的第一实施例。
具体实施方式
[0021] 下面参照附图对本发明的优选的实施方式进行详细说明。
[0022] 图1在左边示出了两个火花塞16和17的次级电压分布，其中第一火花塞16处于未被压缩的气缸中并且第二火花塞17处于被压缩的气缸中。上面的曲线A与第一火花塞16上的次级电压相对应并且下面的曲线B与第二火花塞17上的次级电压相对应。很明显，在形成所述两个火花塞的点火电压时两个电压(在理想情况下)关于零线对称地上升，直到在所述两个火花塞之一上击穿，这是指处于未被压缩的气缸上的第一火花塞16，并且那里的电压具有大约1kV的恒定的
水平，也就是分离电压。
[0023] 由此出现次级绕组1的电位突变，该电位突变在从分接板2朝地电位5连接的基点电容器4上导致平衡过程。如果随后第二火花塞17也击穿，那就出现逆转过程，并且在其激励之下出现受到缓冲的振荡，从而在所述基点电容器4上产生在图2中示出的信号分布，在该信号分布中处于零位的信号首先剧烈下降，而后翻转并且立即具有衰减的正弦振荡的形状。
[0024] 图1在右边示出了布置在点火线圈的里面或上面的部分线路的原理结构。相对于双火花线圈1的次级绕组，安置了有导
电能力的板2，在该板2上通过
电场感应出电荷。这些电荷通过电阻3与所述基点电容器4相连接，该基点电容器4又在其另一个端部上与内燃机的发动机地电位5相连接，也就是说与火花塞也在其地电位端部上所拥有的电位相连接。如此选择这个电容器的电容，使得在该电容器上出现的电压可能处于几伏但不是千伏的范围内(如在次级绕组上一样)。
[0025] 所述电阻3与基点电容器4一起形成低通
滤波器，该
低通滤波器用于缓冲由次级电感、次级电容和解耦电容构成的振荡回路的振荡。
[0026] 在所述电阻3与基点电容器4之间的连接节点上设置了电阻20，该电阻20连接在分压器电容器4的分接板侧的第一接头与通向分析线路的第一
导线22的第一接头之间，并且设置了电阻21，该电阻21连接在所述分压器电容器4的发动机地电位侧的第二接头与通向所述分析线路的第二导线23的第一接头之间，其中所述第一导线22和所述第二导线23彼此绞合，也就是说它们形成“双绞线(Twisted-Pair)”。
[0027] 图3示出了按本发明的信号分析线路的一种优选的实施例。在该实施例中将馈入到所述第一导线22中的信号加载到接头IN_P上并且将馈入到所述第二导线23中的信号加载到接头IN_N上。通过这两个接头将解耦的信号引导到输入线路上，所述输入线路形成第一分析信号A1。
[0028] 所述输入线路包括电阻R0，该电阻R0连接在所述两个输入端IN_P、IN_N之间。与电阻R0并联地连接着由两个电容器C1、C2构成的串联线路，所述电容器C1、C2的连接节点与地电位GND相连接。此外在正的输入端IN_P上连接着由电容器C3和电阻R1构成的串联线路的电容器C3，该串联线路的另一个端部通过电阻R2与地电位GND相连接。在负的输入端IN_N上连接着由电容器C3和电阻R4构成的串联线路的电容器C4，该串联线路的另一个端部通过电阻R3与地电位GND相连接。所述电阻R1与电阻R2之间的连接节点通过电阻R5与第一运算放大器IC1-1的负的输入端相连接并且所述电阻R4与R3之间的连接节点通过电阻R6与所述第一运算放大器IC1-1的正的输入端相连接。
[0029] 加载在输入线路的第一输入端IN_P和输入线路的第二输入端IN_N上的信号在由所述次级线圈以电容方式输出的情况下经由点火线圈1中的分压器电容器4和两个解耦电阻20、21通过第一和第二导线22、23来传送，因而该信号通过电阻R0按照推挽阻抗的方式( ohmsch)来隔绝并且通过电容器C1、C2以共模和推挽方式(gleich-und )朝地电位GND隔绝并且通过纵向耦合电容器C3和C4
以电容方式输入到线路中。此外，电压分配通过集成在点火线圈里面或上面的解耦电阻20和21或者说通过电阻R1和R4并且通过基点电阻R2和R3将发动机地电位与控制仪地电位之间的可能的地电位偏差加入所述第一运算放大器IC1-1的输入电压范围中。
[0030] 所述第一运算放大器IC1-1的输出端通过由电阻R9与电容器C10构成的并联的线路反馈到所述第一运算放大器IC1-1的负的输入端上。此外，所述运算放大器IC1-1的负的输入端通过电阻R10与地电位GND相连接。所述第一运算放大器IC1-1的正的输入端通过由电阻R7与电阻R30构成的串联线路与正的工作电压VDD5相连接，其中所述电阻R7处于所述第一运算放大器IC1-1的正的输入端上并且所述电阻R30与正的工作电压VDD5相连接。所述电阻R7与电阻R30之间的节点通过基准二极管D7与地电位GND相连接，其中所述基准二极管D7的阴极加载在所述电阻R7与R30之间的连接点上并且所述基准二极管D7的阳极与地电位相连接。所述基准二极管D7优选是Z二极管或者带隙二极管。此外，所述第一运算放大器IC1-1的正的输入端通过由反并联连接的二极管D10和D11与电阻R8构成的串联线路与地电位相连接。
[0031] 通过分压器R7/R8以及温度补偿二极管C10/C11要么将所述正的供电电压VDD5要么将基准电压(通过R30和基准二极管D7)加入到输入差总和中。所述第一运算放大器IC1-1的输出端提供所述第一分析信号A1。
[0032] 在所示出的实施例中在所述输入线路后面跟随着可选的放大级，用于将所述第一分析信号A1放大。这个放大级借助于第二运算放大器IC1-2来形成，在所述第二运算放大器IC1-2的正的输入端上通过电阻R11加载所述第一分析信号A1。此外，所述第二运算放大器IC1-2的正的输入端通过电阻R12与地电位相连接。所述第二运算放大器IC1-2的输出端通过电阻R14与所述第二运算放大器IC1-2的负的输入端相连接并且通过电阻R15与所述第一运算放大器IC1-1的输出端也就是第一分析信号A1相连接。此外，所述第二运算放大器IC1-2的负的输入端通过电阻R13与地电位相连接。在所述第二运算放大器IC1-2的输出端上加载放大的第一分析信号A1’。
[0033] 将所述放大的第一输出信号A1’或者作为替代方案将所述未放大的第一输出信号A1引导到低通限制的峰值级上，该峰值级保存所加载的分析信号的正的峰值用于产生第二分析信号INT_PK_POS，并且保存所接收的分析信号的负的峰值用于产生第三分析信号INT_PK_NEG。所述峰值级包括第一分支，该第一分支通过可选的耦合电容器C14来接收所述分析信号A1或者放大的分析信号A1’。所述第一分支包括以阳极连接到耦合电容器C14上的二极管D2，该二极管D2的阴极与电阻R17的第一接头相连接。所述电阻R17的第二接头通过由电容器C6与电阻R19构成的并联线路与地电位GND相连接。在所述电阻R17的第二接头上加载所述第二分析信号INT_PK_POS。所述峰值级的第二分支通过可选的耦合放大器C11与所述第一分析信号A1或者所述放大的第一分析信号A1’相连接。所述峰值级的第二分支包括以阴极连接在所述耦合电容器C11上的二极管D1，该二极管D1的阳极与电阻R16的第一接头相连接。所述电阻R16的第二接头通过由电容器C5与电阻R18构成的并联线路与正的供电电压VDD5相连接。在所述电阻R16的第二接头上加载所述第三分析信号INT_PK_NEG。
[0034] 将所述第二分析信号INT_PK_POS和第三分析信号INT_PK_NEG引导到输出级上，该输出级在超过第一输入阈值时将所述第二分析信号INT_PK_POS保存一段特定的时间，用于形成第四分析信号A4，并且该输出级在低于第二输入阈值时将所述第三分析信号INT_PK_NEG保存一段特定的时间，用于形成第五分析信号A5。为此将所述第二分析信号INT_PK_POS引导到第三运算放大器IC1-3的负的输入端上，在所述第三运算放大器IC1-3的正的输入端上加载所述第一输入阈值。在此产生该第一输入阈值，方法是将这里构造为电位计但优选由固定的电阻构成的分压器R24的中间分接头与所述第三运算放大器IC1-3的正的输入端相连接，其中所述分压器以第一接头连接到地电位GND上并且以第二接头连接到二极管D12的阴极上，该二极管D12的阳极则与所述正的供电电压VDD5相连接。所述第三运算放大器IC1-3的输出信号通过由二极管D8、电阻R31和电容器C8构成的串联线路与所述第三运算放大器C1-3的正的输入端相连接，其中所述二极管D8的阴极与所述第三运算放大器IC1-3的输出端相连接，二极管D8的阳极与电阻R31的第一接头相连接，该电阻R31的第二接头与所述电容器C8的第一接头相连接，该电容器C8的第二接头与所述第三运算放大器IC1-3的正的输入端相连接，在该第三运算放大器IC1-3上加载着第四分析信号A4。此外，所述第三运算放大器IC1-3的输出端通过由电容器C12和电阻R34构成的并联线路与地电位GND相连接。所述第三分析信号INT_PK_NEG通过电阻R33与第四运算放大器IC1-4的正的输入端相连接，在该第四运算放大器IC1-4的负的输入端上加载着第二输入阈值。在此产生所述第二输入阈值，方法是这里构造为电位计或者不过优选由固定的电阻构成的分压器R25的中间分接头与所述第四运算放大器IC1-4的负的输入端相连接。所述分压器R25的第一接头与所述正的供电电压VDD5相连接并且该分压器R25的第二接头与二极管D13的阳极相连接，该二极管D13的阴极与地电位GND相连接。在所述第四运算放大器IC1-4上加载第五分析信号A5，该第四运算放大器IC1-4的输出端通过由二极管D9和电阻R32以及电容器C9构成的串联线路反馈到所述第四运算放大器IC1-4的正的输入端上，其中所述二极管D9以其阴极与所述第四运算放大器IC1-4的输出端相连接并且以其阳极与电阻R32的第一接头相连接，该电阻R32的第二接头则与电容器C9的第一接头相连接，所述电容器C9的第二接头与所述第四运算放大器IC1-4的正的接头相连接。此外，所述第四运算放大器IC1-4的输出端通过由电容器C13和电阻R35构成的并联线路与地电位GND相连接。
[0035] 如此连接的对第二分析信号INT_PK_POS和第三分析信号INT_PK_NEG进行分析比较的分析比较器能够通过装置-时间限制的正的反馈来保存输入信号超过或者低于其温度补偿的输入阈值。
[0036] 此外，所述分析线路包括窗口形成单元，该窗口形成单元的分析窗口使所述第四分析信号A4和第五分析信号A5窗口化并且形成两个输出信号，方法是这里探测到时间范围，在该时间范围中点火线圈1的次级电压超过由火花点火电压确定的初级电压。确定分析窗口的窗口信号INT_GATE通过与-联结与第四分析信号A4和第五分析信号A5相联结，由此通过与所述第四分析信号A4之间的与-联结产生正的输出信号OUT_DT_POS并且通过与所述第五分析信号A5之间的与-联结产生负的输出信号OUT_DT_NEG。在此获得所述正的输出信号OUT_DT_POS，方法是在由电阻R26和电阻R27构成的分压器的中间分接头上截取借助于窗口信号INT_GATE与第四分析信号A4之间的与-联结产生的信号，所述分压器连接在构成所述与-联结的
逻辑门与地电位之间。所述负的输出信号OUT_DT_NEG在分压器R28、R29的中间分接头上获得，所述分压器R28、R29连接在构成所述窗口信号INT_GATE与第五分析信号A5之间的与-联结的
逻辑门与地电位之间。在所示出的实施例中，为窗口信号INT_GATE与第四分析信号A4之间的与-联结设置了第一或非-门IC2-1并且为所述窗口信号INT_GATE与第五分析信号A5之间的与-联结设置了第二或非-门IC2-2。这些或非-门由于逆转的逻辑而形成与-联结。
[0037] 为了通过所述窗口形成单元来产生窗口信号INT_GATE，在点火线圈的下面的初级绕组接头与地电位之间连接了由两个电阻构成的分压器，在所述两个电阻的连接节点上截取信号，将该信号引导到输入端IN_COL上。然后所述窗口形成单元通过以下方式探测到来自
端子1的点火晶体管-集
电极信号，即借助于Z二极管级联D5、D4、D3来探测时间范围，在该时间范围中次级电压还高于通过火花点火电压确定的初级电压，因而处于两个火花塞的第一次与第二次击穿之间。实现这一点的方法是，所述Z二极管级联D3、D4、D5以Z二极管D3的阴极连接到点火晶体管-集电极上，也就是说连接到加载在输入端IN_COL上的信号上，并且以二极管D5的阳极连接到接地的分流电阻R20上。在该分流电阻R20上下降的电压也就是说所述分流电阻R20与Z二极管D5之间的连接节点上的电位给限时元件R21/C7充电并且触发晶体管T1，该晶体管T1产生窗口信号INT_GATE。为此将在分流电阻R20上下降的电压通过以第一接头连接到电阻R20与Z二极管D5之间的节点上并且以第二接头通过电容器C7与地电位GND相连接的电阻R21引导到所述晶体管T1的基极上。所述电容器C7可以由单个电容器或者为了更好的协调也可以由多个电容器C71、C72、C73、C7的并联线路构成。此外，在所述电阻R21的第二接头上连接着接地的电阻R22。为了所述晶体管精确地断开，在所述电阻R21的第二接头与晶体管T1的基极之间连接了这里构造为带隙二极管D6的形式的电压源，该电压源的阴极与电阻21的第二接头相连接并且其阳极与晶体管T1的基极相连接。所述晶体管T1在这里是PNP晶体管，其集电极-发射极-插头(Stecke)通过电阻R23连接在正的供电电压VDD5与地电位GND之间，其中所述发射极直接与地电位GND相连接并且集电极通过电阻R23与正的供电电压VDD5相连接。在该集电极上加载窗口信号INT_GATE。
[0038] 此外在图3中示出，向所述包含着第一到第四运算放大器IC1-1到IC1-4的集成电路IC1供应正的供电电压VDD5并且供应地电位GND，并且在所述正的供电电压VDD5与地电位之间连接着三个电容器CBLK1、CBLK2和CBLK3。
[0039] 通过这种按本发明的分析线路来产生合适的源端接(Quellenabschluss)和线路端接(Leitungsabschluss)以及以电容方式在点火线圈上输出的信号的合适的
信号处理，在此用所述信号来取代相位传感器的功能。
[0040] 优点在于，以差分方法对输入信号进行分析，由此保证了很高的抗干扰性，以正确的阻抗隔绝信号源，消除发动机地电位与控制仪地电位之间的地电位偏差，保持(延长)了输入信号，由此产生很高的鲁棒性，对温度影响进行补偿，滤出干扰信号，由此产生提高了的抗干扰性，通过时间关联将有效信号和干扰信号分开，并且可以将探测到的状态保存一段特定的时间。
