AT402756B

AT402756B - Zündeinrichtung für verbrennungsmotoren

Info

Publication number: AT402756B
Application number: AT165295A
Authority: AT
Original assignee: Jenbacher Energiesysteme Ag
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1995-10-05
Publication date: 1997-08-25
Also published as: ATA165295A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für Verbrennungsmotoren mit einer Elnnchtung zum Erfassen des Zustandes der eingebauten Zündkerzen, die mindestens ein vom Zündkerzenzustand abhängiges, elektrisches Zustandsignal abgibt. wobei die Einrichtung zum Erfassen des Zustandes der Zündkerzen eine Einrichtung zum Erfassen der an den Zündkerzen anliegenden Zündspannung aufweist, und die Zündeinnchtung wenigstens einen verstellbaren Zündenergiespeicher zur Zufuhr einer vanablen Zündenergie an mindestens einer Zündkerze aufweist und wobei weiters eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Im Zündenergisespeicher gespeicherte Zündenergie in Abhängigkeit von dem bzw den elektnschen Zustandssignal (en) der Zündkerzen verstellt.

Eine derartige Zündeinrichtung ist beispielsweise aus der Internationalen Patentanmeldung WO 93/02286 A1 bekannt. Bel der dort beschriebenen Zündelnnchtung wird über einen Induktiven Abnehmer ein mit dem Zündstrom korrellertes Signal erfasst und daraus ein elektrisches Signal ermittelt, das Rückschlüsse auf den Zustand der Zündkerzen, Insbesondere auf den Elektrodenabstand derselben erlaubt.

Gemäss dem Vorschlag dieses Standes der Technik kann der Zündkerzenzustand angezeigt werden. Es ist aber auch möglich, beim Über- und Unterschreiten eines vorbestimmten Wertes einen Alarm auszulösen oder den Verbrennungsmotor abzuschalten.

Aus der DE 27 59 154 Al ist es weiters bekannt, die Zündenergie über die Brenndauer einzustellen.

Dies ist insbesondere bei einem Gasmotor Im Magerbetneb nicht sinnvoll, da die Brenndauer durch zyklische Verbrennungsschwankungen nur sehr ungenau erfasst werden kann.

Bel der US 4, 380, 989 A sowie der DE 40 20 986 A1 erfolgt eine Zündenergieregelung unter anderem in Abhängigkelt von der Spannung auf der Pnmärselte. Aufgrund des Einflusses des Spulenzustandes können aus der Erfassung der Niederspannungsseite jedoch nur sehr ungenaue Rückschlüsse auf die Hochspannungsseite und damit auf den tatsächlichen Zündkerzenzustand gezogen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Zündelnnchtung zu schaffen. mit der sich die Standzeit (Lebensdauer) der Zündkerzen verlängern lässt.

Erfindungsgemäss wird dies bel einer Einrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch erreicht, dass die Elnnchtung zum Erfassen der Zündspannung einen vorzugsweise kapazitiven Spannungsteiler aufweist, der ein mit der Zündspannung korreliertes, vorzugsweise dazu proportionales Spannungssignal abgibt.

In der Zündenergie ie verstellbare Zündenergiespericher, welche beispielsweise kapazitiver oder induktiver Natur sein können, sind an sich bereits bekannt. Neuartig ist die Idee der Erfindung, die Zündenergie In Abhängigkeit vom sekundärseltlg erfassten Zündkerzenzustand zu verstellen.

Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass es bel neueren Zündkerzen auch bei einer niedrigeren Zündenergie zu einer zufriedenstellenden Zündung kommt und es erst im Zuge der Abnützung der Zündkerzen nötig ist, die Zündenergie zu erhöhen, um Immer eine zufriedenstellende Zündung zu gewährleisten. Durch diese Rückkopplung des Zündkerzenzustandes auf die zugeführte Zündenergie ist es also möglich, die Zündkerzen über eine längere Zelt mit niedriger Energie zu betreiben und damit den Verschleiss zu verzögern.

Als Mass für den Zündkerzenzustand eignet sich gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung insbesondere der Zündspannungsbedarf, also der maximale Betrag der Zündspannung. Erfindungsgemäss kann man dann in Abhängigkeit vom erfassten (vorzugsweise über mehrere Verbrennungszy- klen gemittelten) Maximalwert der sich einstellenden Zündspannung die Zündenergieregler verstellen. Dies kann zylinderselektiv erfolgen oder für alle Zylinder gemeinsam, wobei man dann jenen Zylinder als massgebenden Leltzylinder nimmt, der innerhalb eines Zyklus die betragsmässig höchste Zündspannung aufweist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.

Es zeigt : Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Zündeinrichtung In einem Blockschaltdiagramm, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel ebenfalls In einem Blockschaltdiagramm, Fig.

3 den Verlauf der Zündspannung über der Zeit, Fig. 4 den Verlauf der sich Im Lauf der Zelt einstellenden maximalen Zündspannung und den Verlauf der Zündenergie gemäss dem Stand der Technik, Flg. 5 diese
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beiSchalter 3 festlegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind n Zylinder vorgesehen. Für jeden Zylinder folgt auf die Zyllndertnggerelnhelt 3 eine Zündspule 4, die die Spannung auf die Zündspannung hochtransformiert. Die hohe Zündspannung führt dann zu einem Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze 5 und zündet das Kraftstoffluftgemisch im Brennraum des jeweiligen Zylinders.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Zündkerzenzustand anhand des Maximums der sich einstellenden Zündspannung ermittelt. Dazu weist die Insgesamt mit A bezeichnete

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direktes Mass für die Hochspannungen dar. Das Transformationsverhältnis kann beispielsweise 1'4000 betragen. Kapazitive Spannungsteiler sind an sich bekannt, beispielsweise aus der AT 396 723 B der Anmelderin.

Aus dem Zündspannungsverlauf wird dann pro Verbrennungszyklus das Maximum der Zündspannung bzw. genauer gesagt der heruntertransformierten Zündspannung UMAX, (, = 1,..., n) ermittelt. Dies geschieht in den Maximumdetektoren mit dem Bezugszeichen 7. Da die maximalen Zündspannungen über die einzelnen Verbrennungszyklen statistisch schwanken, ist es günstig, eine Mittelung über einige Verbrennungszyklen durchzuführen. Dies kann im Mittelwertbildner 8 für jeden Zylinder erfolgen. Der Mittelwertbildner kann beispielsweise ein Tiefpass sein, der im Effekt eine Mittelung über etwa eine Sekunde durchführt.

Am Ausgang des Mittelwertbildners steht dann ein elektrisches Signal an, das der mittleren maximalen Zündspannung entspricht, die wiederum ein Mass für den Zündkerzenzustand ist.

Bel dem In Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird nun von allen Zylindern das grösste dieser Signale genommen und weiterverarbeitet, das heisst, der Zylinder mit dem höchsten Zündspannungsbedarf fungiert als Leltzylinder.

Erfindungsgemäss wird nun in Abhängigkeit von diesem Zustandssignal UMAX der Zündkerzen ein Verstellsignal für die den Zündkerzen zugeführte Zündenergie gewonnen. Dies geschieht in der Steuereinrichtung 10, die eine programmierbare Speichereinheit aufweist, in der ein vorgebbarer funktioneller Zusammenhang zwischen dem am Eingang anstehenden Zustandssignal und dem am Ausgang gelieferten Steuersignal abspeicherbar ist. Das ausgangsseitige Steuersignal wird dann über die Leitung 11 in den Zündenergiespeicher 2 geführt und verstellt dort die Zündenergie.

Während bei dem In Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für alle Zylinder nur ein gemeinsamer Zündenergiespeicher vorgesehen ist, erfolgt gemäss Fig. 2 eine zylinderselektive Verstellung. Dazu ist für jeden Zylinder eine eigene Steuereinrichtung 10 vorgesehen, die über unabhängige Leitungen 11'für jeden Zylinder vorgesehene eigene verstellbare Zündenergiespeicher W"..., Wn in der Zündenergie verstellt.

Dies erlaubt eine optimale Verlängerung der Lebensdauer der einzelnen Zündkerzen.

In Fig. 3 ist der Zuspannungsverlauf eines Verbrennungszyklus über der Zeit dargestellt. Dabei handelt es sich um den bereits heruntertransformierten Zündspannungsverlauf. Der tatsächliche Hochspannungsverlauf hat dieselbe Gestalt. Das betragsmässige Maximum UMAX, (, = 1,..., n) gibt für jeden Zylinder den momentanen Zündspannungsbedarf und damit ein Mass für den Zündkerzenzustand an.

In Fig. 4 ist der Stand der Technik dargestellt, bei dem die Zündenergie über der Zeit konstant gehalten
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Aussetzergrenze 12 erreicht ist. Dann ist die Zündkerze so verschlissen, dass sie ausgetauscht oder nachgestellt werden muss.

Die Fig. 5 zeigt denselben Verlauf bei Verwendung einer erfindungsgemässen Zündeinrichtung. Hier ist die eingebrachte Energie am Beginn geringer und steigt erst langsam als Funktion des Zündspannungsbedarfes, also als Funktion des Zündkerzenzustandes an. Dadurch steigt das Maximum der Zündspannung über der Zeit langsamer an. Mit anderen Worten verschleissen die Zündkerzen langsamer, sodass die Aussetzergrenze erst zu einem späteren Zeitpunkt t2 erreicht wird. Die in Fig. 5 dargestellte schraffierte Fläche 13 ist ein Mass für die reduzierte Energleelnbnngung und damit für die verlängerte Zündkerzenstandzeit
Die Teile der erfindungsgemässen Einrichtung lassen sich grossteils auf einem elektronischen digitalen Rechner realisieren, sowohl Hardware-mässig als auch Software-mässig.

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Claims

Neben der dargestellten Erfassung des Zündkerzenzustandes über den maximalen Zündspannungsbedarf besteht auch die Möglichkeit über einen induktiven Abgreifer ein Mass für den Zündkerzenzustand zu erhalten, wie dies beispielsweise in der WO 93/02286 A1 beschrieben ist. In Abhängigkeit von dem dort ermittelten Signal könnte wiederum erfindungsgemäss die Verstellung der Zündenergie erfolgen Patentansprüche 1.

Zündeinrichtung für Verbrennungsmotoren mit einer Einrichtung zum Erfassen des Zustandes der eingebauten Zündkerzen, die mindestens ein vom Zündkerzenzustand abhängiges, elektrisches Zu- standsignal abgibt, wobei die Einrichtung zum Erfassen des Zustandes der Zündkerzen eine Enrich- tung zum Erfassen der an den Zündkerzen anliegenden Zündspannung aufweist, und die Zündeinrich- tung wenigstens einen verstellbaren Zündenergiespeicher zur Zufuhr einer variablen Zündenergie an <Desc/Clms Page number 3> mindestens einer Zündkerze aufweist und wobei weiters eine Steuereinrichtung vorgesehen Ist, die die im Zündenergiespeicher gespeicherte Zündenergie in Abhängigkeit von dem bzw.

den elektrischen Zustandssignal (en) der Zündkerzen verstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einnchtung zum Erfassen der Zündspannung (6, 7, 8. 9) einen vorzugsweise kapazitiven Spannungsteiler (6) aufweist, der ein mit der Zündspannung korreliertes, vorzugsweise dazu proportionales Spannungssignal (U1....., un) abgibt.
2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erfassen der Zündspannung (6, 7, 8, 9) mindestens einen Maximumdetektor (7) aufweist, der den maximalen Betrag der Zündspannung (UMAX1, .., UMAXn) pro Verbrennungszyklus ermittelt.
3. Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Maximumdetek- tors (7) mit einem Mittelwertbildner (8) zur Mittelwertbildung über mehrere Verbrennungszyklen verbun- den ist, dessen Ausgang mit der Steuereinrichtung (10) In Verbindung steht.
4. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrich- tung (10) eine programmierbare Speichereinheit aufweist, In der ein vorgebbarer funktioneller Zusam- menhang zwischen dem am Eingang anstehenden Zustandssignat (UMAX, UMAxi... UMAXn) der Zündkerzen (5) und dem am Ausgang gelieferten, dem verstellbaren Zündenergiespeicher (W; W1, ..., Wn) zugeführten Steuersignal abspeicherbar ist.
5. Zündelnnchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen mehrzylindngen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zylinder eine gemeinsame Steuereinrichtung (10) und ein gemeinsamer Zündenergiespeicher (W) vorgesehen ist, wobei die gemeinsame Steuereinrichtung (10) die Zündenergie In Abhängigkeit vom betragsmässig grössten Zündspannungswert (UMAX) der einzelnen Zylinder verstellt.
6. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder eine eigene Steuereinrichtung (10) und ein eigener verstellbarer Zündenergiespeicher (W1, ..., Wn) vorgesehen ist.