AT504369B1

AT504369B1 - Zündeinrichtung für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT504369B1
Application number: AT0082006A
Authority: AT
Original assignee: Ge Jenbacher Gmbh & Co Ohg
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2008-05-15
Also published as: US8607770B2; AT504369B8; EP1854998B1; EP1854998A2; EP1854998A3; ATE493579T1; ES2358840T3; US20080035131A1; AT504369A4; DE502007006072D1

Description

2 AT 504 369 B1

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Gasmotor, mit einer Zündspule, die auf ihrer Primärseite von einer Spannungsquelle speisbar ist und mit einer Sekundärstrommesseinrichtung zur Messung des Verlaufs des sekundärseitigen Stromes und mit einer Regeleinrichtung zur zumindest zeitweiligen Regelung der primärseitigen Spannung und/oder des primärseitigen Stromes in Abhängigkeit des gemessenen Verlaufs des sekundärseitigen Stromes.

Solche Zündeinrichtungen sind beim Stand der Technik bereits bekannt. Durch die primärseitige Regelung in Abhängigkeit des sekundärseitigen Stromverlaufes wird beim Stand der Technik sowohl der Beginn als auch der Verlauf des Zündvorgangs kontrolliert. Dabei kommt es im realen Betrieb immer wieder zum vorzeitigen Erlöschen des Zündfunkens, der auf der Sekundärseite der Zündspule angeordneten Zündkerze. Um die vorgesehene Brenndauer des Zündfunkens zu erreichen, ist es dann notwendig, diesen wieder zu zünden.

Die JP 2004301016 A beschreibt eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Überwachung des sekundärseitigen Stromes und einer Einrichtung zur Feststellung eines abnormalen Entladungszustands. Die JP 0905355 handelt von einer Methode zur Feststellung von Fehlzündungen, bei der ein primärseitiger Strom in Gegenrichtung, welcher nach Ende der Zündungsentladung entsteht, ausgewertet wird. Beide Schriften enthalten keine technische Lehre, wie ein Zündfunke nach vorzeitigem Erlöschen möglichst effizient wieder zum Brennen gebracht werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gattungsgemäße Zündeinrichtungen dahingehend zu verbessern, dass nach vorzeitigem Erlöschen ein möglichst effektiver Wiederaufbau des Zündfunkens möglich ist.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Regeleinrichtung im Anschluss an eine Unterbrechung der primärseitigen Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule während eines Zündvorgangs oder im Anschluss an das Abfallen der primärseitigen Spannung und/oder des primärseitigen Stromes durch die Zündspule unter einen vorgebbaren Schwellwert während des Zündvorgangs die primärseitige Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule erst dann wieder einschaltet oder über den Schwellwert regelt, wenn der dadurch induzierte sekundärseitige Strom in Richtung des, vorzugsweise unmittelbar, vorab bestimmten Verlaufs des sekundärseitigen Stromes wirkt.

Es ist erfindungsgemäß somit vorgesehen, dass die Regeleinrichtung die Primärseite der Zündspule in der Weise ansteuert, dass der sekundärseitig dadurch induzierte Strom zeitlich und richtungsmäßig so auf den durch den vorhergehenden Zündvorgang noch auf der Sekundärseite fließenden Strom abgestimmt ist, dass eine positive bzw. additive Überlagerung stattfindet. Hierdurch wird verhindert, dass der induzierte und der noch auf der Sekundärseite vorhandene Strom gegeneinander wirken, was sowohl einen Zeitverlust beim Wiederaufbau des Zündfunkens als auch einen Energieverlust bedeuten würde. Der Zündfunke kann dadurch rasch und energetisch effektiv wieder aufgebaut werden, sodass die vorgesehene Gesamtbrenndauer eines Zündvorgangs erreicht wird. Günstigerweise ist dabei vorgesehen, dass die Regeleinrichtung die primärseitige Spannungs-und/oder Stromversorgung der Zündspule bei oder nach einem Polaritätswechsel bzw. Nulldurchgang des sekundärseitigen Stromes wieder einschaltet oder über den vorab bestimmbaren Schwellwert regelt. Das Wiedereinschalten bzw. über den vorab bestimmten Schwellwert Regeln kann dabei unmittelbar beim Polaritätswechsel bzw. Nulldurchgang des sekundärseitigen Stromes vorgesehen sein. Günstiger ist es aber, einen vorgebbaren Zeitversatz im Anschluss an den Polaritätswechsel bzw. Nulldurchgang vorzusehen und erst nach diesem Zeitversatz die primärseitige Spannungs- und/oder Stromversorgung wieder einzuschalten bzw. über den vorab bestimmbaren Schwellwert zu regeln. Um den Zeitversatz an die Eigenfrequenz der Zündeinrichtung anzupassen, ist es dabei günstig, dass der vorgebbare Zeitversatz im 3 AT 504 369 B1

Wesentlichen ein Viertel der Eigenperiode, vorzugsweise der Sekundärseite, der Zündeinrichtung entspricht, wobei die Eigenperiode der Kehrwert der Eigenfrequenz ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schaltplan zu einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einer Zündeinrichtung,

Fig. 2 den Verlauf verschiedener Parameter zur Darstellung eines Zündvorgangs und Fig. 3 eine schematische Darstellung zum Zusammenhang zwischen Primärstrom und magnetischer Induktion auf der Primärseite der Zündspule.

Das nachstehend beschriebene Regelprinzip kann zur Ansteuerung einer modulierten Hochspannungskondensatorzündung (HKZ) verwendet werden. Die modulierte HKZ basiert auf der Idee, die Zündenergie des Kondensators schrittweise der Zündspule zuzuführen. Dies kann grundsätzlich gesteuert oder geregelt erfolgen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die geregelte Variante realisiert und im Folgenden beschrieben. In der geregelten Version wird die primäre Seite der Zündspule in Abhängigkeit vom Zustand des Zündfunkens auf der Sekundärseite an die Versorgungsspannung geschaltet. Ein Vorteil dieses Systems liegt in der zeitlichen Verlängerung des Zündfunkens bei gleichzeitiger Steuerung der Zündfunkencharakteristik. Brenndauern, vorzugsweise bis 5.000 Mikrosekunden sind mit diesem System problemlos zu erreichen. Insbesondere bei Gasmotoren wird häufig ein Hochspannungsangebot bis 40 kV (Kilovolt) benötigt. Dies kann beim Erregen eines erfindungsgemäßen Systems in weniger als 100 Mikrosekunden erreicht werden. Die Brenndauer wird von der Regeleinrichtung typischerweise zwischen 100 und 1.200 Mikrosekunden vorgegeben. Während dieser Zeit wird der Zündfunke durch eine verstellbare Vorgabe des Brennstromsollwertes lrated (siehe Fig. 2) charakterisiert. Die Regeleinrichtung muss dabei die primärseitige Spannungsversorgung der Zündspule so ansteuern, dass die vorgegebene Charakteristik des Zündfunkens bzw. der Sollverlauf des sekundärseitigen Stromes lrated möglichst gut erreicht wird.

Verbrennungskonzepte bzw. Brennkraftmaschinen mit hohem Wirkungsgrad weisen auch sehr hohe Turbulenzen im Verbrennungsraum auf. Durch diese Turbulenzen wird der Zündfunken einer sekundärseitig von einer Zündeinrichtung angesteuerten Zündkerze räumlich verlängert und es kann zum vorzeitigen Erlöschen kommen. Um einen Verbrennungsaussetzer im Brennraum aufgrund von zu geringer Brenndauer zu verhindern, muss der Zündfunken in möglichst kurzer Zeit wieder hergestellt werden. Die notwendige Zündspannung kann dabei durchaus nahe dem Hochspannungsangebot der Zündspule liegen. Um möglichst schnell einen neuen Zündfunken zu erzeugen, sollte berücksichtigt werden, dass beim Erlöschen des Zündfunkens noch Restenergie im Schwingkreis des Hochspannungskreises, also auf der Sekundärseite der Zündspule vorhanden ist. Zum Wiederherstellen des Zündfunkens muss daher ein Zeitpunkt gewählt werden, der die vorhandene Energie im System positiv nutzt. Dies wird erreicht, indem die Regeleinrichtung 12 im Anschluss an eine Unterbrechung der primärseitigen Spannungs-und/oder Stromversorgung der Zündspule während eines Zündvorgangs oder im Anschluss an das Abfallen der primärseitigen Spannung und/oder des primärseitigen Stromes lpri durch die Zündspule 3 unter einen vorgebbaren Schwellwert während des Zündvorgangs die primärseitige Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule 3 erst dann wieder einschaltet oder über den Schwellwert regelt, wenn der dadurch induzierte sekundärseitige Strom lsek in Richtung des, vorzugsweise unmittelbar, vorab bestimmten Verlaufs des sekundärseitigen Stromes lsek wirkt.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Regelungsprinzip für eine erfindungsgemäß modulierte Zündeinrichtung, hier in Form einer Hochspannungskondensatorzündung. Bei der Zündspule 3 handelt es sich um einen allgemein bekannten Transformator, auf dessen Primärseite 15 eine Spannungsversorgung vorgesehen ist und auf dessen Sekundärseite 16 die Zündkerze 5 zur Erzeugung eines Zündfunkens mit Hochspannung versorgt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbei- 4 AT 504 369 B1 spiel handelt es sich primärseitig um eine Gleichstromspannungsquelle, die hier aus dem DC-DC-Konverter 1 und einem dazu parallel geschalteten Kondensator 2 besteht. Darüber hinaus ist auf der Primärseite der von der Regeleinrichtung 12 über die Ansteuerung 13 angesteuerte Schalter 4 vorgesehen. Dieser kann als Halbleiterschalter ausgebildet sein. Der Schalter 4 weist zumindest einen ersten Schaltzustand, bei dem die Spannung der Spannungsquelle an der Zündspule 3 anliegt, und zumindest einen zweiten Schaltzustand, bei dem die Spannung der Spannungsquelle nicht an der Zündspule 3 anliegt, auf. Darüber hinaus ist zur primärseitigen Wicklung der Zündspule 3 eine Freilaufdiode 18 parallel geschaltet. Diese dient der weiter unten beschriebenen Entregung der Primärseite 15 im abgeschalteten Zustand der Spannungsquelle bei geöffnetem Schalter 4. Durch die Verwendung der Freilaufdiode 18 wird bei der Entregung die Energie maximal im primärseitigen Kreis gehalten. Optional kann in Reihe zur Freilaufdiode 18 aber auch ein zusätzlicher ohmscherWiderstand 19 geschaltet werden. Dieser bedeutet zwar einen Energieverlust. Durch den Widerstand 19 und die dadurch erreichte Dämpfung der Primärseite 15 bei der Entregung ist aber andererseits ein schnelleres Wiedereinschalten nach dem Erlöschen eines Zündfunkens möglich.

Das An- und Abschalten der Spannungsquelle 1, 2 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel also ausschließlich über den Schalter 4. Auf der Primärseite 15 gestrichelt dargestellt, ist eine im bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehene Primärstrommesseinrichtung 14, die zur Bestimmung des im Primärkreis fließenden Stromes lpri dient. Dieser Wert lpri wird an die Regeleinrichtung 12 weitergegeben. Darüber hinaus kann optional, anstelle und/oder zusätzlich primärseitig auch noch eine Spannungsmesseinrichtung vorgesehen sein. Diese ist hier aber explizit nicht dargestellt. Ist sie vorhanden, so gibt sie den an der Primärseite der Zündspule 3 gemessenen Spannungswert ebenfalls an die Regeleinrichtung 12 weiter.

Auf der Sekundärseite 16 ist mit der entsprechenden Wicklung der Zündspule 3 ein Shunt 6 für den Strom im Zündfunken in Reihe geschaltet. Darüber hinaus ist eine Sekundärstrommesseinrichtung 7 sowie eine Sekundärspannungsmesseinrichtung 8 vorgesehen. Der mittels der Sekundärstrommesseinrichtung 7 gemessene sekundärseitige Strom lsek wird in diesem Ausführungsbeispiel mittels der Polaritätsauswerteeinrichtung 9 bezüglich seiner Polarität und mittels der Stromstärkenauswerteeinrichtung 10 bezüglich seiner Amplitude bzw. Stromstärke ausgewertet. Dabei ist im gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass sich die Auswertung des Betrages, also der Stromstärke des sekundärseitigen Stromes lsek darauf beschränkt, ob dieser größer oder gleich eines vorgebbaren Mindestwertes ist oder nicht. Dies wird weiter unten anhand von Fig. 2 im Detail weiter erläutert. Als vorgebbarer Mindestwert wird dabei in der Regel der Brennstromsollwertverlauf lraied herangezogen werden.

Die von der Polaritätsauswerteeinrichtung 9 und der Stromstärkenauswerteeinrichtung 10 bestimmten Werte geben jedenfalls nicht singuläre Einzelwerte sondern den Verlauf des sekundärseitigen Stromes lsek wieder und diesen an die Regeleinrichtung 12 weiter. Das gleiche kann auch für die mittels der Sekundärspannungsmesseinrichtung 8 gemessene sekundärseitige Spannung Usek gelten. Diese wird mit der Hochspannungsauswerteeinrichtung 11 ausgewertet, wobei diese die Spannungsinformation wiederum an die Regeleinrichtung 12 weitergibt. In Abhängigkeit der genannten Eingabeparameter steuert die Regeleinrichtung 12 den primärseitigen Schalter 4 an und regelt damit die Strom- und Spannungsversorgung der Primärseite 15 der Zündspule 3.

In Fig. 2 ist anhand von verschiedenen Parametern ein Verlauf eines Zündvorgangs dargestellt, währenddessen der Zündfunke abreißt und wieder aufgebaut wird. Die Funktionsweise der Regeleinrichtung wird anhand der einzelnen Phasen dieses Zündvorgangs im folgenden dann näher erläutert. Die Regelung durchläuft dabei die Phasen Ionisation Ph1, Stromregelung Ph2, Entregung Ph3 und Synchronisation. Letztere ist am Übergang zwischen Ph3 und nachfolgender Ph1 realisiert. U^k zeigt den sekundärseitigen Spannungsverlauf. I«* zeigt den Verlauf des gemessenen sekundärseitigen Stromes. Irated zeigt den Sollwertverlauf des sekundärseitigen Stromes und bevorzugt damit auch den Verlauf des Mindestwertes anhand dessen die Strom- 5 AT 504 369 B1 stärkenauswerteeinrichtung 10 entscheidet, ob der gemessene sekundärseitige Strom Uk den Sollstromwert erreicht bzw. überschreitet oder darunter liegt. FB1 zeigt dabei das Auswerteergebnis der Stromstärkenauswerteeinrichtung 10. FB1 nimmt den Wert 1 an, wenn lsek größer oder gleich lrated ist. In den anderen Fällen nimmt FB1 den Wert 0 an. FB2 zeigt das Ergebnis der Polaritätsauswerteeinrichtung 9. Liegt der gemessene sekundärseitige Strom lsek im positiven Bereich, so nimmt FB2 den Wert 1 an. Ist der sekundärseitige Strom negativ, so nimmt FB2 den Wert 0 an. Tswitch zeigt den Verlauf des Ansteuersignals der Regeleinrichtung 12 an den Schalter 4. Ist dieses 1, so ist der Schalter 4 geschlossen und die Spannungs- bzw. Stromversorgung liegt an der Primärseite der Zündspule 3 an. Ist das Ansteuersignal gleich 0, so ist der Schalter 4 geöffnet, womit die Spannungs- und Stromversorgung von der Primärseite 15 der Zündspule 3 getrennt ist. Der Graph lpri zeigt den Verlauf des primärseitigen Stromes während des Zündvorgangs. Alle Graphen stellen somit den zeitlichen Verlauf der Parameter dar.

Der Stromsollwert des sekundärseitigen Stromes lrated ist über die Regeleinrichtung 12 einstellbar und wird der Stromstärkenauswerteeinrichtung 10 in diesem Ausführungsbeispiel zur Bestimmung von FB1 zugeführt. Die Stromstärkenauswerteeinrichtung 10 kann hierfür als Komparator ausgebildet sein. Der Sollwertverlauf des sekundärseitigen Stromes Uted kann von der Regeleinrichtung 12 bevorzugt sowohl bezüglich der Brenndauer als auch bezüglich der Stromstärke auf verschiedene Werte eingestellt werden. Optional ist es auch möglich, die Spannung an der Zündkerze zu messen und dieses Signal in die Regelung einzubinden.

Zu Beginn des Zündvorgangs zum Zündzeitpunkt t0 wird die Regeleinrichtung 12 zunächst in die lonisationsphase Ph1 geschaltet. Diese ist ein Anschaltintervall Atan1 in der die Hochspannung aufgebaut wird, die für die Erzeugung des Zündfunkens benötigt wird. Während des gesamten Anschaltintervalls Atani ist bevorzugt vorgesehen, dass bei geschlossenem Schalter 4 auf der Primärseite 15 der Zündspule 3 die Spannung der Spannungsquelle 1, 2 in voller Höhe und zumindest für die vorgebbare Zeitdauer Atani permanent anliegt. Die Zündspule 3 ist primärseitig somit während der gesamten lonisationsphase bzw. während des gesamten Anschaltzeitintervalls primärseitig an die Versorgungsspannung geschaltet. Im einfachsten Fall wird die lonisationsphase für eine fix eingestellte Zeit, welche zur Erzeugung der Hochspannung und damit des sekundärseitigen Zündfunkens notwendig ist, angeschlossen. Um Beschädigungen des Systems durch zu hohe Spannungen zu vermeiden, kann die lonisationsphase optional auch beim Überschreiten der von der Zündspule ausgegebenen Hochspannung im Vergleich mit einem Grenzwert abgeschaltet werden. Hierzu ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung 12 während des Anschaltzeitintervalls Atani, Atan2 den sekundärseitigen Strom lsek über die Sekundärstrommesseinrichtung 7 und/oder die sekundärseitig von der Zündspule 3 abgegebene Spannung Usek über die Sekundärspannungsmesseinrichtung 8 überwacht und die primärseitige Spannungsversorgung der Zündspule 3 unterbricht, wenn der sekundärseitige Strom lSek und/oder die sekundärseitig von der Zündspule abgegebene Spannung Usek (einen) vorgebbare(n) Grenzwert(e) überschreitet (überschreiten). Diese Option schützt das System bei einer schadhaften Zündkerze, fehlendem Zündkerzenstecker oder einer anderen Fehlfunktion vor Zerstörung. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist also vorgesehen, dass während des lonisationsphase Ph1 bzw. dem Anschaltzeitintervall Atani keine Regelung in Abhängigkeit des sekundärseitigen Stromes vorgenommen wird. Diese setzt bei dieser Variante erst nach Abschluss der lonisationsphase Ph1 und bei Eintritt in die Stromregelungsphase Ph2 ein. In dieser Phase Ph2 wird der sekundärseitige Strom lsek (im Zündfunken) mittels des Komparators der Stromstärkenauswerteeinrichtung 10 mit dem Verlauf des Sollwertes lrated verglichen. Aus diesem Vergleich ergibt sich - wie bereits geschildert - das Signal FB1. Nimmt dieses den Wert 1 an und ist damit der Istwert des sekundärseitigen Stromes lsek höher als oder gleich dem Sollwert lrated wird die Energiezufuhr auf der Primärseite 15 der Zündspule 3 durch Öffnen des Schalters 4 unterbrochen. Im ungekehrten Fall wird die Zündspule 3 an die Spannungsversorgung 1, 2 geschaltet. Mit dieser Regelung kann der Strom im Zündfunken eingestellt werden und im Idealfall kann die Phase Ph2 der Brennstromregelung bis zum Ende der eingestellten Brenndauer beibehalten werden. 6 AT 504 369 B1

Durch die Turbulenzen im Brennraum wird in der Praxis der Funken jedoch räumlich verlängert, wodurch die Spannung an der Zündkerze steigt und der Zündkerze mehr Energie zugeführt werden muss. In diesem Fall kann der Stromsollwert lrated nicht mehr erreicht werden und der Zündfunken muss bewusst zum Erlöschen gebracht werden, indem die Phase der Entregung Ph3 eingeleitet wird. Die Anforderungen der Brennkraftmaschine können besonders gut dann erfüllt werden, wenn die Brennstromvorgabe lrated während des Zündfunkens verändert werden kann.

Die Phase der Entregung Ph3 wird in zwei Fällen benötigt. Zum einen kann dies sein, wenn während des vorgesehenen Zündvorgangs unbeabsichtigt der Zündfunke abreißt und neu aufgebaut werden muss. Zum anderen kann eine Entregung notwendig werden, wenn der Magnetismuslevei bzw. die magnetische Induktion B auf der Primärseite 15 der Zündspule 12 zu groß wird. Zur Erläuterung des zuletzt genannten Ereignisses wird auf Fig. 3 verwiesen. Diese zeigt den Zusammenhang zwischen der Stromstärke des primärseitigen Stromes lpfj und dem Betrag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite 15 der Zündspule 3. Hier ist zu sehen, dass - wie allgemein bekannt - der Betrag der magnetischen Induktion B mit zunehmendem Strom Ipn in den Bereich einer Sättigung gelangt. In diesem Bereich müssen sehr große Änderungen der Stromstärke lpri vorgenommen werden, um vergleichsweise geringe Änderungen der magnetischen Induktion B zu bewirken. Dies ist bei Zündsystemen mit Zündspule 3 nicht wünschenswert. Um dies zu verhindern, kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung 12, die an der Primärseite 15 der Zündspule 12 angelegte Spannung unterbricht oder reduziert, wenn der Betrag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite 15 der Zündspule 12 einen vorgebbaren Maximalwert Bmax überschreitet. Dabei ist günstigerweise vorgesehen, dass der vorgebbare Maximalwert Bmax des Betrages der magnetischen Induktion B die Obergrenze eines Arbeitsbereiches 17 ist, in dem ein zumindest annähernd linearer Zusammenhang zwischen dem Betrag der magnetischen Induktion B und dem primärseitigen Strom lpri vorliegt. Der vorgebbare Maximalwert Bmax ist dabei günstigerweise weit unterhalb des gesättigten Bereiches der Zündspule 3 angeordnet. Zum Vergleich sind zwei Stromänderungen Ah und Al2 des primärseitigen Stromes in Fig. 3 eingezeichnet, die dazu benötigt werden dieselbe Änderung des Betrages der magnetischen Induktion B (Betrag von ABi ist gleich Betrag von AB2) hervorzurufen. Innerhalb des Arbeitsbereiches 17 reicht aufgrund des mehr oder weniger linearen Zusammenhangs zwischen Primärstrom lpri und dem Betrag der magnetischen Induktion B die vergleichsweise geringe Stromänderung Ah. Oberhalb des Arbeitsbereiches 17 muss, um dieselbe Änderung des Betrages der magnetischen Induktion B hervorzurufen, eine wesentlich größere Stromänderung Al2 aufgewendet werden.

Aufgrund des geschilderten und in Fig. 3 dargestellten Zusammenhangs ist es also sinnvoll, den Betrag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite 15 der Zündspule 12 im Arbeitsbereich 17 zu halten. Dabei ergibt sich aus Fig. 3, dass der Magnetismuslevel bzw. die magnetische Induktion B ein Abbild der Höhe des primärseitigen Stromes lpri ist. Umso höher der Magnetismuslevel bzw. der Betrag der magnetischen Induktion B ist, desto höher ist auch der primärseitige Strom lpri durch die Zündspule 3 und den Schalter 4. Eine Begrenzung des Betrages der magnetischen Induktion B vermeidet somit auch eine Zerstörung der primärseitigen Bauteile durch zu hohe Stromstärken. Daher ist vorzugsweise vorgesehen, dass beim Überschreiten des Maximalwertes Bmax die Zündspule 3 entregt wird, um den Magnetismuslevel bzw. den Betrag der magnetischen Induktion B zu verringern.

Der Magnetismuslevel kann über die Bewertung der Ein- und Ausschaltzeiten des Schalters 3 ermittelt werden. In dieser Variante ist somit vorgesehen, dass die Regeleinrichtung 12 den Betrag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite 15 der Zündspule 3 indirekt über eine Bewertung einer Dauer von Einschaltzeit(en) und Ausschaltzeit(en) bestimmt, wobei während der Einschaltzeit(en) Spannung der Spannungsquelle an der Primärseite 15 der Zündspule 3 anliegt und während der Ausschaltzeit(en) die Spannung der Spannungsquelle nicht an der Primärseite 15 der Zündspule 3 anliegt. Eine sinnvolle Variante sieht dabei vor, dass der Maximalwert eine vorgebbare Zeitspanne ist und die Regeleinrichtung diese Zeitspanne mit der 7 AT 504 369 B1

Summe der Einschaltzeiten, vorzugsweise ab Beginn eines Zündvorgangs, abzüglich der Summe der Ausschaltzeiten, vorzugsweise ab Beginn des Zündvorgangs, vergleicht.

Als Alternative zur Bewertung der Ein- und Ausschaltzeiten kann aber auch vorgesehen sein, dass die Zündeinrichtung eine Primärstrommesseinrichtung 14 aufweist und die Regeleinrichtung 12 den Betrag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite 15 der Zündspule 3 indirekt über eine Bewertung des primärseitigen Stromes lpri bestimmt. Hierbei wird der Maximalwert Bmax durch einen vorgebbaren maximalen Stromwert substituiert, wobei die Regeleinrichtung 12 diesen mit dem Betrag des primärseitigen Stromes lpri vergleicht.

Sowohl bei der Bewertung der Ein- und Ausschaltzeiten, als auch bei der Bewertung des primärseitigen Stromes handelt es sich somit um indirekte Vorgehensweisen, um den Betrag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite 15 der Zündspule 12 zu überwachen. In weiteren Varianten ist es aber auch möglich, den Betrag der magnetischen Induktion B direkt oder indirekt über andere - an sich bekannte Methoden - zu bestimmen.

Ist der ermittelte Wert des Magnetismuslevel bzw. des Betrages der magnetischen Induktion B zu hoch, so wird die primärseitige Spannungsversorgung durch Öffnen des Schalters 4 solange abgeschaltet, bis der Magnetismuslevel auf einem akzeptablen Wert abgesenkt wurde. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung 12 im Anschluss an eine Unterbrechung oder eine Reduktion der an der Primärseite 15 der Zündspule 12 angelegten Spannung ein Wiedereinschalten bzw. Erhöhen der Spannung erst dann wieder zulässt oder einleitet, wenn der Betrag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite 15 der Zündspule 12 den vorgebbaren Maximalwert Bmax bzw. entsprechende Maximalwerte der oben genannten Ersatzparameter oder einen vorgebbaren Wiedereinschaltsollwert unterschreitet. Der Wiedereinschaltsollwert kann also zum Beispiel auch niedriger als der je nach Ausführungsvariante zur Bewertung verwendete Maximalwert gewählt werden. Während der Zeit der Entregung wird die Polarität des sekundärseitigen Stromes lsek beobachtet. Wird die Polarität negativ, so ist der Zündfunken erloschen und muss wieder aufgebaut werden. Günstigerweise ist dabei vorgesehen, dass die Regeleinrichtung 12 im Anschluss an eine Unterbrechung oder Reduktion der an der Primärseite 15 der Zündspule 12 angelegten Spannung ein Wiederanschalten bzw. Erhöhen der primärseitigen Spannung erst dann wieder zulässt, wenn eine Polarität des sekundärseitigen Stromes lsek wechselt. In Fig. 2 ist am beispielhaften Verlauf des sekundärseitigen Stromes lsek eine Phase der Entregung Ph3 gezeichnet, in der der sekundärseitige Strom zunächst stark abfällt, woraufhin die Polarität des sekundärseitigen Stromes negativ wird und anschließend zum Zeitpunkt tn bei einem Nulldurchgang wieder in den positiven Bereich wechselt. Als unterster Graph ist dabei der Verlauf des primärseitigen Stromes lpri dargestellt. Dieser zeigt die generelle Tendenz der Zunahme des primärseitigen Stromes, während in der Phase der Entregung Ph3 eine Abnahme des primärseitigen Stromes lpri zu sehen ist.

Erlischt der Zündfunken während der geforderten Brenndauer, muss dieser wieder in möglichst kurzer Zeit hergestellt werden. Hierzu kann eine Spannung, welche nahe des Hochspannungsangebotes des Systems liegt, notwendig sein. Um diese Anforderung zu erreichen, sollten die Energieverhältnisse im System berücksichtigt werden. Hierzu ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung 12 im Anschluss an eine Unterbrechung der primärseitigen Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule 3 während eines Zündvorgangs oder im Anschluss an das Abfallen der primärseitigen Spannung und/oder des primärseitigen Stromes lpri durch die Zündspule 3 unter einen vorgebbaren Schwellwert während des Zündvorgangs die primärseitige Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule 3 erst dann wieder einschaltet oder über den Schwellwert regelt, wenn der dadurch induzierte sekundärseitige Strom lsek in Richtung des, vorzugsweise unmittelbar, vorab bestimmten Verlaufs des sekundärseitigen Stromes lsek wirkt. Der Schalter 4 sollte also nicht eingeschaltet werden, wenn der sekundäre Strom lsek negativ ist. Ein Einschalten erfolgt günstigerweise erst im oder nach dem Zeitpunkt tn, bei dem die Polarität 8 AT 504 369 B1 des sekundärseitigen Stromes wechselt und damit der über das Anschalten der primärseitigen Spannungsversorgung sekundärseitig induzierte Strom in Richtung des vorab bestimmten Verlaufes des sekundärseitigen Stromes lsek wirkt. Der Start der nun folgenden lonisierungspha-se Ph1 bzw. des Anschaltzeitintervalls Atan2 wird somit mit dem sekundärseitigen Verlauf des Stromes synchronisiert. In der nun folgenden lonisierungsphase bleibt der Schalter 4 solange geschlossen, bis das gewünschte Hochspannungsangebot erreicht wird. Es herrschen ähnliche Verhältnisse zum ersten Anschaltzeitintervall Atani. wenn die sekundäre Spannung Usek aus der positiven Halbwelle durch den Nulldurchgang geht. Der Startzeitpunkt tn der lonisierungsphase wird aus der Überwachung der Polarität des sekundärseitigen Stromes lsek bestimmt (siehe auch FB2 aus Fig. 2). Da die Eigenfrequenz der Zündeinrichtung durch ihre Komponenten bestimmt wird, ist diese bekannt. Günstigerweise kann daher vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung 12 die primärseitige Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule 3, vorzugsweise unmittelbar, nach einem vorgebbaren Zeitversatz im Anschluss an einen Polaritätswechsel bzw. Nulldurchgang des sekundärseitigen Stromes lsek wiedereinschaltet oder über den vorab bestimmbaren Schwellwert regelt, wobei vorzugsweise der vorgebbare Zeitversatz im Wesentlichen ein Viertel der Eigenperiode, vorzugsweise der Sekundärseite 16, der Zündeinrichtung entspricht. Die lonisierungsphase beginnt demnach mit einer Verzögerung um ein Viertel der Eigenperiode des Systems, nachdem der sekundäre Strom lsek in den positiven Bereich kommt.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform wird verhindert, dass die lonisierungsphase durch das Erreichen des Maximalwertes des Betrages der magnetischen Induktion B unterbrochen wird. Dabei ist vorgesehen, dass die lonisierungsphase nur dann gestartet werden kann, wenn der Magnetisierungslevei bzw. der Betrag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite 15 der Zündspule zu Beginn gering genug ist. Ist dies nicht der Fall, muss das System solange entregt werden (Phase Ph3), bis der benötigte niedrige Magnetisierungslevei erreicht ist. Die lonisierungsphase zum Wiederaufbau des Zündfunkens kann also bevorzugt nur dann gestartet werden, wenn der Magnetisierungslevei und die Synchronisationsbedingung im Schwingkreise erfüllt sind.

Darüber hinaus können weitere Überwachungen des Systems bezüglich negativer Beeinträchtigungen oder Zerstörungen vorgesehen sein. Um die Spannungsversorgung nicht zu überlasten, werden die Einschaltzeiten des Schalters 4 während der vorgegebenen Brenndauer summiert. Überschreitet die summierte Einschaltzeit des Schalters 4 einen vorgegebenen Grenzwert, wird der Zündvorgang abgebrochen. Diese Überwachung erfolgt günstigerweise unabhängig vom Magnetisierungslevel.

Die Qualität des Zündvorgangs wird in der Regel auf Grundlage der tatsächlichen Brenndauer des Zündfunkens beurteilt. Die Brenndauer wird zwischen dem Erreichen des vorgegebenen Brennstromsollwertes lrated bis zum Nullwert des sekundären Stroms lsek gemessen. Erlischt der Zündfunke während der vorgegebenen Brenndauer und wird dieser wieder aufgebaut, so wird die Messung mit dem Erreichen des vorgegebenen Stromsollwertes wieder gestartet und beim Nullwert des sekundären Stroms lsek wieder gestoppt. Die Messwerte der einzelnen Messvorgänge werden summiert. Nach Abschluss des Zündvorgangs wird die Brenndauermessung gestoppt und der gemessene Wert ausgewertet. Zur Messung bzw. Erkennung von Zündaussetzern wird die Brenndauermessung zurückgesetzt, wenn die Messung vom Erreichen des Brennstromsollwerts bis zum Nullwert des sekundärseitigen Stroms lsek kürzer als die lonisati-onsphase ist. In diesem Fall ist in der ersten lonisationsphase kein Zündfunke entstanden. Dieser Umstand wird als Fehler bzw. als Aussetzer gewertet.

Durch Hardwareprobleme kann sich im sekundärseitigen Kreis durch die kapazitive Belastung der Hochspannungsverkabelung und der Zündkerze ein kapazitiver Strom aufbauen. Dieser Strom fließt unabhängig ob ein Zündfunke an der Zündkerze 5 entsteht oder nicht. Um dies zu erkennen, wird der Brennstromsollwert lrated in der lonisationsphase so gewählt, dass der Wert sicher überschritten werden muss. Das Erreichen des Brennstromsollwertes wird kurz vor Ende

Claims

9 AT 504 369 B1 der lonisationsphase abgefragt. Ist der sekundäre Strom Uk zu diesem Zeitpunkt nicht hoch genug, dann liegt ein Hardwarefehler im System vor. Patentansprüche: 1. Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Gasmotor, mit einer Zündspule, die auf ihrer Primärseite von einer Spannungsquelle speisbar ist und mit einer Sekundärstrommesseinrichtung zur Messung des Verlaufs des sekundärseitigen Stromes und mit einer Regeleinrichtung zur zumindest zeitweiligen Regelung der primärseitigen Spannung und/oder des primärseitigen Stromes in Abhängigkeit des gemessenen Verlaufs des sekundärseitigen Stromes, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) im Anschluss an eine Unterbrechung der primärseitigen Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule (3) während eines Zündvorgangs oder im Anschluss an das Abfallen der primärseitigen Spannung und/oder des primärseitigen Stromes (lpfj) durch die Zündspule (3) unter einen vorgebbaren Schwellwert während des Zündvorgangs die primärseitige Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule (3) erst dann wieder einschaltet oder über den Schwellwert regelt, wenn der dadurch induzierte sekundärseitige Strom (lsek) in Richtung des, vorzugsweise unmittelbar, vorab bestimmten Verlaufs des sekundärseitigen Stromes (lsek) wirkt. 2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) die primärseitige Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule (3) bei oder nach einem Polaritätswechsel bzw. Nulldurchgang des sekundärseitigen Stromes (Uk) wieder einschaltet oder über den vorab bestimmbaren Schwellwert regelt. 3. Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) die primärseitige Spannungs- und/oder Stromversorgung der Zündspule (3), vorzugsweise unmittelbar, nach einem vorgebbaren Zeitversatz im Anschluss an einem Polaritätswechsel bzw. Nulldurchgang des sekundärseitigen Stromes (lsek) wiedereinschaltet oder über den vorab bestimmbaren Schwellwert regelt. 4. Zündeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Zeitversatz im Wesentlichen ein Viertel der Eigenperiode, vorzugsweise der Sekundärseite (16), der Zündeinrichtung entspricht. 5. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) beim Einschalten der Zündeinrichtung zu Beginn eines Zündvorgangs und/oder im Anschluss an eine Unterbrechung der primärseitigen Spannungs-und/oder Stromversorgung der Zündspule (3) oder im Anschluss an das Abfallen der primärseitigen Spannung und/oder des primärseitigen Stromes (lpri) durch die Zündspule (3) unter den vorab vorgebbaren Schwellwert während eines Zündvorgangs ein Anschaltzeitintervall (Atani, Atan2) vorsieht, während dessen auf der Primärseite (15) der Zündspule (3) die Spannung der Spannungsquelle in voller Höhe und/oder für eine vorgebbare Zeitdauer permanent anliegt. 6. Zündeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) während des Anschaltzeitintervalls (Atani, Ata,*) den sekundärseitigen Strom (lsek) über die Sekundärstrommesseinrichtung (7) und/oder eine sekundärseitige von der Zündspule (3) abgegebene Spannung (Usek) über eine Sekundärspannungsmesseinrichtung (8) überwacht und die primärseitige Spannungsversorgung der Zündspule (3) unterbricht, wenn der sekundärseitige Strom (lsek) und/oder die sekundärseitig von der Zündspule abgegebene Spannung (Usek) (einen) vorgebbare(n) Grenzwert(e) überschreitet (überschreiten). 7. Zündeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrich- 10 AT 504 369 B1 tung (12) die primärseitige Spannung und/oder den primärseitigen Strom (lpri) erst im Anschluss an das Anschaltzeitintervall (Atani, Ata„2) in Abhängigkeit des Verlaufs des sekundärseitigen Stromes (1^) regelt. 8. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle zumindest eine Gleichstromspannungsquelle, vorzugsweise einen DC-DC-Konverter (1), und zumindest einen dazu parallel geschalteten Kondensator (2) aufweist. 9. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Primärseite (15) der Zündspule (3) ein von der Regeleinrichtung (12) angesteuerter Schalter (4) vorgesehen ist, der zumindest einen ersten Schaltzustand, bei dem die Spannung der Spannungsquelle an der Zündspule (3) anliegt, und zumindest einen zweiten Schaltzustand, bei dem die Spannung der Spannungsquelle nicht an der Zündspule (3) anliegt, aufweist. 10. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung mit Hilfe der Sekundärstrommesseinrichtung (7) den Verlauf des sekundärseitigen Stromes (lsek) hinsichtlich seiner Polarität und/oder seines Betrages auswertet. 11. Zündeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) mit Hilfe der Sekundärstrommesseinrichtung (7) auswertet, ob der Betrag des sekun-därseitigen Stromes (lsek) größer oder gleich eines vorgebbaren Mindestwertes ist oder nicht. 12. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) dazu vorgesehen ist, die an der Primärseite (15) der Zündspule (12) angelegte Spannung zu unterbrechen oder zu reduzieren, wenn ein Betrag einer magnetischen Induktion B auf der Primärseite (15) der Zündspule (3) einen vorgebbaren Maximalwert überschreitet. 13. Zündeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Maximalwert (Bmax) des Betrages der magnetischen Induktion B eine Obergrenze eines Arbeitsbereiches (17) ist, in dem ein zumindest annähernd linearer Zusammenhang zwischen dem Betrag der magnetischen Induktion B und einem primärseitigen Stromes (lpri) besteht. 14. Zündeinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Maximalwert (Bmax) des Betrages der magnetischen Induktion B unterhalb des gesättigten Bereiches der Zündspule (3) liegt. 15. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) den Betrag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite (15) der Zündspule (3) indirekt über eine Bewertung einer Dauer von Einschaltzeit(en) und Aus-schaltzeit(en) bestimmt, wobei während der Einschaltzeit(en) Spannungen der Spannungsquelle an der Primärseite (15) der Zündspule (3) anliegt und während der Ausschalt-zeit(en) die Spannung der Spannungsquelle nicht an der Primärseite (15) der Zündspule (3) anliegt. 16. Zündeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert eine vorgebbare Zeitspanne ist und die Regeleinrichtung diese Zeitspanne mit der Summe der Einschaltzeiten, vorzugsweise ab Beginn eines Zündvorgangs, abzüglich der Summe der Ausschaltzeiten, vorzugsweise ab Beginn des Zündvorgangs, vergleicht. 17. Zündeinrichtung nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung eine Primärstrommesseinrichtung (14) aufweist und die Regeleinrichtung (12) den Be- 11 AT 504 369 B1 trag der magnetischen Induktion B auf der Primärseite (15) der Zündspule (3) indirekt über eine Bewertung des primärseitigen Stromes (lpri) bestimmt. 18. Zündeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert ein vorgebbarer maximaler Stromwert ist und die Regeleinrichtung (12) diesen mit dem Betrag des primärseitigen Stromes (lpri) vergleicht. 19. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) im Anschluss an eine Unterbrechung oder eine Reduktion der an der Primärseite (15) der Zündspule (12) angelegten Spannung ein Wiedereinschalten bzw. Erhöhen der Spannung erst dann wieder zulässt oder einleitet, wenn der Betrag der magnetischen Induktion (B) auf der Primärseite (15) der Zündspule (12) den vorgebbaren Maximalwert (Bmax) oder einen vorgebbaren Wiedereinschaltsollwert unterschreitet. 20. Zündeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (12) im Anschluss an eine Unterbrechung oder Reduktion der an der Primärseite (15) der Zündspule (12) angelegten Spannung ein Wiederanschalten bzw. Erhöhen der primärseitigen Spannung erst dann wieder zulässt, wenn eine Polarität des sekundärseitigen Stromes (Uk) wechselt. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen