DE102005008458A1

DE102005008458A1 - Zündsteuersystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005008458A1
Application number: DE200510008458
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Stadler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zündsteuersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Zündspuleneinheit zur Versorgung einer Zündkerze mit Zündenergie sowie eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von mindestens einem Motorbetriebsparameter einer Brennkraftmaschine ein elektronisches Schaltelement zur Schaltung des Primärspulenstroms der Zündspuleneinheit ansteuert, wobei der mindestens eine Motorbetriebsparameter dergestalt ist, dass durch ihn die Temperatur der Zündspuleneinheit ableitbar ist. Gemäß der Erfindung ist eine Filtereinrichtung vorgesehen, mittels der der mindestens eine Motorbetriebsparameter zeitlich verzögert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündsteuersystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bereits gattungsgemäße Zündsteuersysteme bekannt, bei denen die Schließzeit (während der Dauer der Schließzeit wird die Zündspule von einem Ladestrom durchflossen) für eine Zündspule in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur oder in Abhängigkeit von der Motoröltemperatur bestimmt wird. Hierbei wird beispielsweise in Abhängigkeit von der erfassten Kühlmitteltemperatur oder Motoröltemperatur (Betriebsparameter, die Ersatzweise die Zündspulentemperatur abbilden sollen) mittels einer aus einem Kennfeld aufgrund der erfassten Temperatur ausgewählten Kennlinie eine entsprechende Schließzeit ermittelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zündsteuersystem zu schaffen, durch welches die Schließzeit für die Zündspule eines Kraftfahrzeugs genauer ermittelbar ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass speziell in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine die der Ermittlung der Schließzeit zugrundeliegende Kühlmittelmitteltemperatur oder Motoröltemperatur in der Regel nicht oder nur sehr ungenau der Zündspulentemperatur entspricht. Dies hat eine falsch ermittelte Schließzeit und damit eine falsche Zündenergie zur Folge.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass der die Zündspulentemperatur abbildende Betriebsparameter (mit der Zündspulentemperatur korrelierende Betriebsparameter wie die Motoröltemperatur und/oder die Kühlmitteltemperatur) mittels einer Filtereinrichtung zeitlich verzögert wird, bevor er der Steuereinrichtung zur Ermittelung der Schließzeit zugeführt wird, kann die Genauigkeit der erforderlichen Schließzeit erheblich verbessert werden. Hierdurch wird ein konstanter Abschaltstrom im Zündzeitpunkt erreicht. Die Filtereinrichtung ist mit Vorteil derart ausgebildet, dass sie lediglich für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine (oder in Abhängigkeit von einem mit der Motortemperatur korrelierenden Parameter) aktiviert ist und somit zeitweise (insbesondere während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine nach dem Start) eine zeitliche Verzögerung des mindestens einen Motorbetriebsparameters bedingt.

Die Verzögerung erfolgt vorzugsweise mittels eines Proportionalgliedes mit zeitlicher Verzögerung erster Ordnung, einem sogenannten PT1-Glied. Insbesondere hat sich für Systeme, bei denen die Zündspule in unmittelbarer thermischer Verbindung mit der Brennkraftmaschine – insbesondere mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine – steht, eine Zeitkonstante in einem Wertebereich zwischen 750 Sekunden und 1250 Sekunden (beispielsweise T1 = 1000 Sekunden) für eine derartige Wirkungsweise als vorteilhaft erwiesen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, dass stets eine annähernd genaue Zündspulentemperatur ermittelt wird und anhand dieser genaueren Zündspulentemperatur ein verbessertes Zündstrom-Schaltverhalten (es steht stets die gleiche Energie in der Zündspule und der gleiche Abschaltstrom im Zündzeitpunkt zur Verfügung) erreicht wird.

Beim eingangs beschriebenen Stand der Technik wird stellvertretend für die Zündspulentemperatur die Kühlmitteltemperatur oder die Motoröltemperatur verwendet und anhand dieser schlecht geschätzten Ersatz-Zündspulentemperatur eine ungenaue bzw. ungeeignete Spulenenergie (W = U²/R × t) ermittelt. Da sich Kühlmittel und Motoröl erheblich schneller erwärmen als die mit der Brennkraftmaschine thermisch weniger gekoppelte Zündspule wird gemäß dem Stand der Technik, insbesondere während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, die Schließzeit in Abhängigkeit einer zu hoch angenommenen Zündspulentemperatur ermittelt. Da mit steigender Temperatur der Zündspule auch deren ohmscher Widerstand ansteigt, ist bei erhöhter Zündspulentemperatur auch ein erhöhter Spulenstrom zur Ladung der Spule erforderlich. Da mit der erhöhten Kühlmittel- oder Öltemperatur fälschlicherweise auch die Zündspulentemperatur gemäß dem Stand der Technik zu hoch angenommen ist, wird überflüssigerweise (insbesondere während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine unterhalb ihrer optimalen Betriebstemperatur) ein zu hoher Spulenstrom berechnet bzw. eine zu lange Schließzeit erreicht, während der der Spulenstrom zugelassen wird.

Durch die erfindungsgemäße zeitliche Verzögerung (verzögerte Weiterleitung an die Steuereinrichtung zur Ermittlung der Schließzeit) des Zündspulentemperatur-Stellvertreterwertes (Motorbetriebsparameter wie Motoröltemperatur und/oder Kühlmitteltemperatur) kann nunmehr ein erheblich genauerer Schließzeitwert ermittelt werden.

Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung enthalten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1: den prinzipiellen Schaltungsaufbau eines Zündsteuersystems gemäß der Erfindung,
2: den Signalverlauf der Ausgangsspannung eines elektronischen Schaltelements zur Schaltung des Primärspulenstroms und den Signalverlauf des daraus resultierenden Primärspulenstroms, sowie
3a, 3b: den mechanischen Aufbau einer kombinierten Zündspulen-Steckereinheit – für die ein Zündsteuersystem gemäß der Erfindung besonders geeignet ist – in zwei verschiedenen Ausführungsformen.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Zündsteuersystem für ein Kraftfahrzeug. Das Zündsteuersystem umfasst eine Steuereinrichtung 2, ein elektronisches Schaltelement 4 sowie eine Zündspuleneinheit 6. Darüber hinaus ist gemäß der Erfindung eine – insbesondere als PT1-Glied ausgebildete – Filtereinrichtung 8 vorhanden, über die mit der Zündspulentemperatur korrelierende Motorbetriebsparameter P (Betriebsparameter über die ersatzweise die Zündspulentemperatur abbildbar ist, z.B.: Kühlmitteltemperatur Temp_KM, Motortemperatur Temp_Mot, Motoröltemperatur Temp_Öl, oder dergleichen) zur Bestimmung einer Schließzeit T_schließ derart verzögert werden, dass am Ausgang der Filtereinheit 8 die mit hoher Genauigkeit angenäherte Zündspulentemperatur Temp_ZS nachgebildet wird.
Die Filtereinrichtung (8) ist bevorzugt derart ausgebildet ist, dass ihr Verzögerungswert in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine bzw. eines mit der Temperatur der Brennkraftmaschine korrelierenden Parameters veränderbar ist. Hierfür wird die Filtereinheit (8) beispielsweise über die Steuereinrichtung (2) oder eine andere Steuereinheit in Abhängigkeit von der Motortemperatur angesteuert. Insbesondere wird der Verzögerungswert der Filtereinheit (8) mit steigender Temperatur der Brennkraftmaschine innerhalb eines vordefinierten Bereichs reduziert.
In der Steuereinrichtung 2 wird in Abhängigkeit von der nachgebildeten Zündspulentemperatur Temp_ZS die Schließzeit T_schließ für die Ansteuerung des elektronischen Schaltelements 4 ermittelt. Die Ermittlung der Schließzeit T_schließ erfolgt vorzugsweise mittels eines Kennfeldes in dem eine Mehrzahl von Kennlinien (Kennlinien für unterschiedliche Zündspulentemperaturen) abgelegt sind. Jede Kennlinie bildet die Schließzeit T_Schließ als Funktion von (ermittelter) Zündspulentemperatur und Batteriespannung ab. Über die Steuereinrichtung 2 wird das elektronische Schaltelement 4 – beispielsweise ein als Bipolartransistor mit isoliertem Gate oder als Feldeffekttransistor oder dergleichen ausgebildeter Transistor – für die Dauer der Schließzeit T_Schließ leitend geschaltet, so dass für die Dauer der Schließzeit T_Schließ ein Ladestrom I_L durch die Primärspule 61 der Zündspuleneinheit 6 fließt. Die Dauer der Schließzeit T_schließ sollte derart bemessen sein, dass eine ausreichende Energie für den mittels einer Zündkerze Z zu erzeugenden Zündfunken zur Verfügung steht. Allerdings sollte die Schließzeit T_Schließ auch nicht zu lang bemessen sein, da hierdurch eine erhöhte Belastung des Zündkreises (Zündspule, Leitungen, Zündendstufe) sowie eine erhöhte Wärmeentwicklung in der Motorelektronik und eine erhöhte Verlustleistung hinsichtlich des Energiebordnetzes unnötig erzeugt werden. Mit Ablauf der Schließzeit T_Schließ wird im vorbekannten Zündzeitpunkt (wobei der Zündzeitpunkt beispielsweise durch ein Motorsteuergerät vorgegeben ist) das elektronische Schaltelement 4 wieder gesperrt und der Primärspulenstrom (Ladestrom) durch die Primärspule 61 Richtung Masse unterbrochen. Hierdurch wird in der Sekundärspule 62 ein Strom induziert und in der Zündkerze Z in einen Zündfunken umgesetzt.
In 2 zeigt der obere Signalverlauf das am Kollektor (bzw. der Fahrzeugklemme KL1) des z.B. als bipolarer Transistor mit isoliertem Gate ausgebildeten Schaltelements 4 anliegende Ausgangs-Spannungssignal U_KL1. Der Transistor 4 wird demnach ausgehend vom vorgegebenen gewünschten Zündzeitpunkt t_Zünd derart angesteuert, dass im Zündzeitpunkt t_Zünd die ausreichende Zündenergie (Zündenergie korreliert mit dem Primärspulenstrom) zum Abschaltzündzeitpunkt des Transistors 4 und die hierdurch initiierte Induktion eines Stromes in der Sekundärzündspule 62 bereitgestellt wird. Hierfür wird ausgehend vom vorgegebenen Zündzeitpunkt t_Zünd in Abhängigkeit von der ermittelten Zündspulen-Ersatztemperatur Temp_ZS die Schließzeit T_Schließ ermittelt, so dass im Zeitpunkt t_Schalt = t_Zünd – T_Schließ der Transistor 4 leitend geschaltet und somit ein Stromanstieg (Primärspulenstrom I_PS) durch die Primärspule 61 der Zündspule 6 möglich wird. Der untere Signalverlauf zeigt den Primärspulenstrom I_PS während der Schließzeit t_Schließ.
In den 3a und 3b sind zwei bevorzugte Ausführungsformen von kombinierten Zündspulen-Stecker-Einheiten dargestellt, bei denen das erfindungsgemäße Zündsteuersystem Anwendung findet bzw. die in das erfindungsgemäße Zündsteuersystem als Bestandteil integriert sind. Gemäß der ersten Ausführungsform (3a) ist eine Zündspulensteckereinheit veranschaulicht, bei der die Zündspule 6 in einem Gehäuseteil 10a einer (Gesamt-)Gehäuseeinheit 10 angeordnet ist, an das sich vorzugsweise in einem Winkel von 90° Grad eines oder mehrere Zündkerzensteckerteile 10b zur Aufnahme einer Zündkerze Z anschließen. Die Zündspulen-Stecker-Einheit ist rein schematisch – mit ihren Zündkerzensteckerteilen 10b innerhalb von sacklochartigen Aufnahmen in einem Zylinderkopf K einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine sitzend und mit ihrem die vier Zündspulen 6 aufnehmenden Gehäuseteil 10a, an das die Zündkerzensteckerteile 10b angeordnet sind, dargestellt.
Wesentlich im Sinne der Erfindung ist, dass die Zündspulen-Steckereinheit eine entsprechende thermische Wirkverbindung zwischen jeder Zündspule 6 eines Zylinders und dem Zylinderkopf K gewährleistet.
In einer Weiterbildung ist für eine verbesserte thermische Verbindung ein Wärmeleitelement 12 in Form einer Matte oder Wärmeleitpaste oder dergleichen vorgesehen, welches zwischen Zylinderkopf K und dem Gehäuseteil 10a angeordnet ist.
In einer anderen, Ausführungsform der Erfindung (gestrichelte Darstellung in 3a) ist die Gehäuseeinheit 10 mit ihrem die Zündspulen 6 aufnehmenden Gehäuseteil 10b in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes K gehalten derart, dass das Gehäuseteil 10b mit zumindest fünf ihrer sechs seitlichen Wandungen in thermischer Verbindung steht.
Die 3b zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform einer Zündspulen-Stecker-Einheit. Bei dieser Ausführungsform ist für jede Zündkerze Z quasi eine separate Zündspulen-Stecker-Einheit vorgesehen. Vorzugsweise besteht diese Zündspulen-Stecker-Einheit aus lediglich einem Zündkerzensteckerteil 10b zur Aufnahme der Zündkerze Z in welches aber gleichzeitig die zugehörige Zündspule 6 integriert ist. Die Zündspulen-Stecker-Einheit ist dabei derart ausgebildet, dass im montierten Zustand der Zündspulen-Stecker-Einheit auf der Zündkerze Z, das Zündkerzensteckerteil 10b zumindest soweit in einer sacklochartige Aufnahme des Zylinderkopfes K verschwindet, dass die integrierte Zündspule 6 (zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig) von der Seitenwandung der Aufnahme zumindest bereichsweise umgeben ist. Auch in dieser Ausführungsform kann ein zusätzliches Wärmeleitelement 12 vorhanden sein, welches bevorzugt als Schlauchmantel das Zündkerzensteckerteil 10b umgibt.
Die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Zündsteuersystems kann bei allen Ausführungsformen entweder ebenfalls unmittelbar in die Zündspulen-Stecker-Einheit integriert oder als separate Steuereinheit oder Teil einer Motorsteuerung mit entsprechender schaltungstechnischer Verbindung (hier z.B. über ein Kabel 14) ausgebildet sein.

Claims

Zündsteuersystem für ein Kraftfahrzeug – umfassend eine Zündspuleneinheit (6) zur Versorgung einer Zündkerze (Z) mit Zündenergie, – sowie eine Steuereinrichtung (2) die in Abhängigkeit von mindestens einem Motorbetriebsparameter (P) einer Brennkraftmaschine ein elektronisches Schaltelement (4) zur Schaltung des Primärspulenstroms (I_PS) der Zündspuleneinheit (6) ansteuert, wobei der mindestens eine Motorbetriebsparameter dergestalt ist, dass durch ihn die Temperatur (Temp_ZS) der Zündspuleneinheit (6) ableitbar ist, gekennzeichnet durch – eine Filtereinrichtung (8) mittels der der mindestens eine Motorbetriebsparameter (P) zeitlich verzögert wird.
Zündsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (8) als Filter mit proportionaler Verstärkung und zeitlicher Verzögerungscharakteristik ausgebildet ist, insbesondere ein Proportionalverstärkungsfilter mit einer zeitlichen Verzögerung erster Ordnung (PT1-Filter) ist.
Zündsteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Verzögerung einen Wert zwischen 750 Sekunden und 125 Sekunden (750 s </= T </= 1250), insbesondere 1000 Sekunden, aufweist.
Zündsteuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspuleneinheit (6) mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine thermisch wirkverbunden ist:
Zündsteuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspuleneinheit (6) in den Zylinderkopf (K) der Brennkraftmaschine integriert ist.
Zündsteuersystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspuleneinheit (6) als kombinierte Zündspulen-Stecker-Einheit ausgebildet ist.
Zündsteuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspuleneinheit (6) als integrierte Einheit für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen ausgebildet ist derart, dass Zündspulen verschiedener Zylinder in einer Gehäuseeinheit (10) baulich vereint und mit der Brennkraftmaschine thermisch gekoppelt sind.
Zündsteuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseeinheit (10) entsprechend der Anzahl der Zündspuleneinheiten (6) eine Mehrzahl von Zündkerzensteckerfortsätzen (10b) zur Kontaktierung der Zündkerzen (Z) aufweist und die Gehäuseeinheit (10) mit dem Teil ihres Gehäuses, der der Aufnahme der Zündspuleneinheit(en) (6) dient, im montierten Zustand in thermischer Verbindung mit dem Zylinderkopf (K) steht – die Gehäuseeinheit (10) vorzugsweise in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes (K) gehalten ist derart, das die Gehäuseeinheit (10) mit zumindest fünf ihrer sechs Stirnflächen in thermischer Verbindung mit dem Zylinderkopf (K) steht.
Zündsteuersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (8) für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine aktiviert ist und somit zeitweise eine zeitliche Verzögerung des mindestens einen Motorbetriebsparameters bedingt.