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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems
für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines
Kraftfahrzeugs sowie ein Zündsystem für einen
fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
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Ein
derartiges Verfahren sowie ein derartiges Zündsystem sind
dabei beispielsweise bereits aus der
DE 101 21 993 A1 als bekannt zu entnehmen. Das
Zündsystem ist dabei als sogenanntes Hybridzündsystem
ausgebildet und umfasst einen Zündtransformator mit einer
Primärseite und einer Sekundärseite, wobei an
der Primärseite eine 14 V oder 42 V Bordnetzspannung des
Kraftfahrzeugs anliegt. Nach einem Steuersignal eines Motorsteuergeräts wird
ein Zündsteuergerät aktiviert und baut einen Primärstrom
an der Primärseite des Zündtransformators auf.
Nach dem Erreichen eines Primärstrommaximalwertes wird
die Primärseite für eine vorbestimmte Zeitspanne
abgeschaltet, wodurch sich in der Sekundärseite des Zündtransformators
eine Hochspannung aufbaut. Die Hochspannung entlädt sich über einen
Zündfunken an der mit der Sekundärseite gekoppelten
Zündkerze, wodurch ein in einem zugeordneten Zylinder des
Verbrennungsmotors befindliches Kraftstoffgemisch entzündet
wird. Nach dem Funkendurchbruch wird dieser Vorgang in Abhängigkeit
des Steuersignals des Motorsteuergeräts gegebenenfalls mehrfach
zeitgesteuert mit ausgewählten Zeitintervallen wiederholt,
um eine möglichst vollständige Verbrennung des
Kraftstoffgemischs zu erzielen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines
Zündsystems für einen fremdzündbaren
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs sowie ein Zündsystem
zu schaffen, welche ein zuverlässigeres Entzünden
eines Kraftstoffgemischs und damit ein sichereres Entzündungsverhalten
des Verbrennungsmotors über einen größeren
Applikationsbereich ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
zum Betreiben eines Zündsystems gemäß Patentanspruch
1 sowie durch ein Zündsystem gemäß Patentanspruch
12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen mit zweckmäßigen
und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen
angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens – soweit
anwendbar – als vorteilhafte Ausgestaltungen des Zündsystems und
umgekehrt anzusehen sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines
Zündsystems für einen fremdzündbaren
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zündtransformator
mit einer Primärseite und einer Sekundärseite,
wobei an der Primärseite eine Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs
anliegt, mit einem Zündsteuergerät, mittels welchem
ein Primärstrom durch die Primärseite des Zündtransformators steuerbar
ist, mit einer Stromerfassungseinrichtung, welche mit dem Zündsteuergerät
gekoppelt ist und mittels welcher der Primärstrom und ein
Sekundärstrom durch die Sekundärseite erfassbar
und an das Zündsteuergerät übermittelbar
sind und mit einer Zündkerze, welche zum Erzeugen von Zündfunken mit
der Sekundärseite des Zündtransformators gekoppelt
ist, umfasst dabei die Schritte a) Aufbauen des Primärstroms
an der Primärseite des Zündtransformators mittels
des Zündsteuergeräts, bis ein einstellbarer erster
Primärstrommaximalwert erreicht wird, b) Abschalten des
Primärstroms zum Erzeugen eines Sekundärstroms
an der Sekundärseite des Zündtransformators, c)
Warten für eine Zeitdauer, bis ein einstellbarer Sekundärstromminimalwert
an der Sekundärseite unterschritten wird, d) Aufbauen des Primärstroms
an der Primärseite des Zündtransformators mittels
des Zündsteuergeräts, bis ein einstellbarer zweiter
Primärstrommaximalwert erreicht wird und e) Abschalten
des Primärstroms mittels des Zündsteuergeräts
zum Erzeugen des Sekundärstroms an der Sekundärseite
des Zündtransformators. Das erfindungsgemäße
Verfahren ermöglicht mit anderen Worten im Gegensatz zum
Stand der Technik eine gezielte Einstellung eines Energiegehalts
der in den Schritten b) und e) erzeugten Zündfunken des
multifunkenfähigen Zündsystems, wodurch ein zuverlässigeres
Entzünden eines fremdzündbaren Kraftstoffgemischs
und damit ein aussetzerfreier Betrieb des Verbrennungsmotors über
einen größeren Applikationsbereich gewährleistet
wird. Die Zuverlässigkeit der Entzündung wird
auch dadurch gesteigert, dass im Falle eines ungewollten Erlöschens
des ersten Zündfunkens – beispielsweise aufgrund
von Zündkerzenbenetzung, zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten
oder dergleichen – ein weiterer Zündfunke mit
einstellbarem Energiegehalt erzeugt und somit die Entzündungswahrscheinlichkeit des
Kraftstoffgemischs signifikant erhöht wird. Durch die Verbesserung
des Entzündungsverhaltens wird gleichzeitig ein entsprechender
Verbrauchsvorteil sowie eine Verbesserung des Emissionsverhaltens, insbesondere
der HC- und der NOx-Rohemissionen, des Verbrennungsmotors
erzielt.
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Eine
weitere Verbesserung des Entzündungsverhaltens ist dadurch
gegeben, dass zumindest die Schritte c) bis e) mehrfach durchgeführt
werden. Dies ermöglicht neben der bereits genannten Anpassbarkeit
des Energieinhaltes der Zündfunken eine zusätzliche
Erhöhung ihrer Anzahl, wodurch ein besonders zuverlässiges
Entzünden des Kraftstoffgemischs und somit ein aussetzerfreier
Betrieb des Verbrennungsmotors über einen besonders weiten Betriebsbereich
gewährleistet ist. Durch geeignetes Einstellen des ersten
und/oder des zweiten Primärstrommaximalwertes bzw. des
Sekundärstromminimalwertes kann zudem die zeitliche Abfolge
der Zündfunken optimal eingestellt werden.
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Dabei
hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass die Schritte
a) bis e) unter Berücksichtigung eines Steuersignals eines
zugeordneten Motorsteuergeräts durchgeführt werden.
Durch die Berücksichtigung eines derartigen Steuersignals
kann dem mit dem Motorsteuergerät gekoppelten Zündsystem ein
optimales Zeitfenster zum Durchführen des Verfahrens und
somit zum Entzündung des Kraftstoffgemisches vorgegeben
werden. Weiterhin können für die Entzündung
wichtige Parameterwerte wie beispielsweise die momentane Drehzahl
bzw. Motorlast des Verbrennungsmotors, eine Winkelstellung einer Kurbel-
oder Nockenwelle, Funktionsgrößen einer Klopfregelung
oder einer Abgasreinigungsfunktion berücksichtigt und beispielsweise
der erste bzw. der zweite Primärstrommaximalwert und/oder
der Sekundärstromminimalwert entsprechend eingestellt werden.
Die Einstellung kann beispielsweise mit Hilfe eines vorbestimmten
Kennfeldes vorgenommen werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der erste Primärstrommaximalwert in einem Bereich
zwischen 8 A und 35 A, bevorzugt zwischen 15 A und 21 A, insbesondere
19 A, und/oder bevorzugt zwischen 25 A und 35 A, eingestellt wird.
Durch Einstellung des ersten Primärstrommaximalwerts innerhalb
des genannten Bereichs wird eine besonders hohe Zuverlässigkeit der
Entzündung des Kraftstoffgemischs durch den ausgelösten
Zündfunken gewährleistet. Dabei kann der erste
Primärstrommaximalwert in Abhängigkeit des jeweiligen
Betriebszustands des Verbrennungsmotors in einem Bereich zwischen
15 A und 21 A, insbesondere 19 A, eingestellt werden, um einen möglichst
hohen Energieeintrag durch den Zündfunken sicherzustellen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der erste Primärstrommaximalwert
in einem bevorzugten Bereich zwischen 25 A und 35 A eingestellt
wird.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der zweite Primärstrommaximalwert in einem Bereich
bis zu 30% über oder bis zu 30% unter, und insbesondere
gleich, dem ersten Primärstrommaximalwert eingestellt wird. Dies
ermöglicht es, den zweiten Primärstrommaximalwert
in Abhängigkeit der durch den ersten Zündfunken
ausgelösten Entzündung des Kraftstoffgemischs
einzustellen. So kann der zweite Primärstrommaximalwert
beispielsweise in einem Bereich bis zu 30% über dem ersten
Primärstrommaximalwert eingestellt werden, falls das Kraftstoffgemisch nicht
oder nicht ausreichend entzündet wurde, um eine zuverlässige
Entzündung des Kraftstoffgemischs zu erzielen. Andererseits
kann der zweite Primärstrommaximalwert beispielsweise in
einem Bereich bis zu 30% unter dem ersten Primärstrommaximalwert
eingestellt werden, falls das Kraftstoffgemisch durch den vorherigen
Zündfunken entzündet wurde und sich im Bereich
der Zündkerze bereits ein Innenkanal ausgebildet hat. Zusätzlich
wird dadurch eine Verkürzung der zum Aufbauen des Primärstroms
gemäß Schritt d) benötigen Nachladezeit
ermöglicht. Im einfachsten Fall werden erster und zweiter
Primärstrommaximalwert gleich eingestellt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Sekundärstromminimalwert in einem Bereich zwischen
10% und 90%, insbesondere 80%, eines mit dem ersten und/oder dem
zweiten Primärstrommaximalwert korrespondierenden Wertes
des Sekundärstroms eingestellt wird. Da der Sekundärstrom,
welcher u. a. vom Übersetzungsverhältnis des Zündtransformators
abhängt, sowohl Einfluss auf die Zeitdauer gemäß Schritt
c), innerhalb welcher der Zündfunken brennt, als auch auf
die zum Aufbauen des Primärstroms gemäß Schritt
d) erforderliche Nachladezeit besitzt, kann der Sekundärstromminimalwert
somit optimal in Abhängigkeit der jeweiligen Anforderungen
eingestellt werden. Dabei hat es sich insbesondere als vorteilhaft
gezeigt, dass der Sekundärstromminimalwert auf etwa 80%
(±2%) des mit dem ersten und/oder dem zweiten Primärstrommaximalwert
korrespondierenden Wertes des Sekundärstroms eingestellt
wird, um ein Optimum zwischen der Zeitdauer gemäß Schritt
c) und der zum Aufbauen des Primärstroms gemäß Schritt
d) erforderlichen Nachladezeit zu erzielen.
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Dabei
hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft
gezeigt, dass ein Wert des Sekundärstroms in einem Bereich
zwischen 50 mA und 150 mA, insbesondere zwischen 80 mA und 100 mA,
eingestellt wird. Innerhalb dieses Bereichs wird sowohl ein ausreichender
Energieeintrag durch die erzeugten Zündfunken als auch
eine ausreichend lange Brenndauer der Zündfunken sichergestellt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass in Schritt c) für eine Zeitdauer in einem Bereich
zwischen 150 μs und 750 μs, vorzugsweise 200 μs ±20%,
insbesondere ±10%, und/oder 550 μs ±20%,
insbesondere ±10%, und/oder 700 μs ±20%,
insbesondere ±10%, gewartet wird. Innerhalb dieses Bereichs
wird eine besonders zuverlässige Entzündung des
Kraftstoffgemischs über alle Applikationsbereiche des Verbrennungsmotors
sichergestellt. Die Zeitdauer kann dabei in Abhängigkeit
der Eigenschaften des Zündtransformators, der jeweiligen
Bordnetzspannung, der gewünschten Anzahl an Zündfunken
etc. durch geeignetes Einstellen des ersten bzw. des zweiten Primärstrommaximalwertes
eingestellt werden.
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Da
der durch Schritt b) bzw. e) erzeugte Zündfunke während
des erneuten Aufbauens des Primärstroms gemäß Schritt
d) ohne Unterstützung durch den Zündtransformator
brennen muss, hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass
der Primärstrom an der Primärseite des Zündtransformators
gemäß Schritt d) in einem zeitlichen Bereich zwischen 80 μs
und 400 μs, vorzugsweise innerhalb von 100 μs ±20%,
insbesondere ±10%, und/oder innerhalb von 220 μs ±20%,
insbesondere ±10%, und/oder innerhalb von 350 μs ±20%,
insbesondere ±10%, aufgebaut wird. Dadurch ergibt sich
eine weitere Möglichkeit, das Verfahren unter Berücksichtigung
des jeweiligen Betriebszustands des Verbrennungsmotors optimal einzusetzen.
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Weiterhin
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass zumindest die Schritte
b) bis e) so oft durchgeführt werden, dass sich eine Brenndauer
der gemäß Schritt b) bis Schritt e) erzeugten
Zündfunken von bis zu 5 ms, und vorzugsweise zwischen 1,0
ms und 3,0 ms, ergibt. In Abhängigkeit der Eigenschaften
des Zündsystems, der Bordnetzspannung, des fremdzuzündenden
Kraftstoffgemischs etc. kann durch entsprechende Anpassung des Energieinhaltes,
der Anzahl und des zeitlichen Abstands der erzeugten Zündfunken
eine energiebedarfsoptimierte und zuverlässige Entzündung
innerhalb des gesamten Applikationsbereichs des Verbrennungsmotors
sichergestellt werden.
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Dabei
kann in weiterer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Brenndauer
der Zündfunken unter Berücksichtigung eines Steuersignals
eines zugeordneten Entflammungsdetektors des Verbrennungsmotors überprüft
wird. Eine derartige Entflammungserkennung ermöglicht eine
einfache Kontrolle des Zündvorgangs und erlaubt eine gezielte
Regelung der Durchführung des Verfahrens.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Zündsystem für
einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs,
mit einem Zündtransformator mit einer Primärseite
und einer Sekundärseite, wobei an die Primärseite
eine Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs anlegbar ist, mit einem Zündsteuergerät,
mittels welchem ein Primärstrom durch die Primärseite
des Zündtransformators steuerbar ist, mit einer Stromerfassungseinrichtung,
welche mit dem Zündsteuergerät gekoppelt ist und
mittels welcher der Primärstrom und ein Sekundärstrom durch
die Sekundärseite erfassbar und an das Zündsteuergerät übermittelbar
sind und mit einer Zündkerze, welche zum Erzeugen von Zündfunken
mit der Sekundärseite des Zündtransformators gekoppelt
ist, wobei das Zündsteuergerät ausgelegt ist,
den Primärstrom an der Primärseite des Zündtransformators aufzubauen,
bis ein einstellbarer erster Primärstrommaximalwert erreicht
wird, den Primärstrom abzuschalten, um einen Sekundärstrom
an der Sekundärseite des Zündtransformators zu
erzeugen, für eine Zeitdauer zu warten, bis ein einstellbarer
Sekundärstromminimalwert an der Sekundärseite
unterschritten wird, den Primärstrom an der Primärseite
des Zündtransformators aufzubauen, bis ein einstellbarer zweiter
Primärstrommaximalwert erreicht wird und den Primärstrom
zum Erzeugen des Sekundärstroms an der Sekundärseite
des Zündtransformators abzuschalten. Mit anderen Worten
ist erfindungsgemäß ein multifunkenfähiges
Zündsystem vorgesehen, welches eine gezielte Steuerung
des Energiegehalts der zu erzeugenden Zündfunken und damit
eine zuverlässigere Entzündung eines fremdzündbaren Kraftstoffgemischs
innerhalb einer zugeordneten Brennkammer des Verbrennungsmotors
ermöglicht. Weitere Vorteile des Zündsystems sind
den vorhergehenden Vorteilsbeschreibungen zu entnehmen.
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Eine
besonders zuverlässige Entzündung des Kraftstoffgemisches
ist dadurch gegeben, dass das Zündsteuergerät
mit einem Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors koppelbar
ist und ausgelegt ist, den Primärstrom in Abhängigkeit
eines Steuersignals des Motorsteuergeräts aufzubauen und/oder
abzuschalten. Durch Kopplung des Zündsteuergeräts
mit dem Motorsteuergerät ist es möglich, alle
für den Betrieb des Verbrennungsmotors relevanten Parameter
zu berücksichtigen und das Zündsystem in Abhängigkeit
eines diese Parameter charakterisierenden Steuersignals entsprechend
zu betreiben. Dabei kann natürlich auch vorgesehen sein,
dass das Zündsteuergerät als Teil des Motorsteuergeräts
ausgebildet ist.
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Dabei
hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass das Zündsteuergerät
zum Ermitteln einer Brenndauer eines Zündfunkens mit einem
Entflammungsdetektor des Verbrennungsmotors koppelbar ist. Dies
erlaubt eine unmittelbare Rückmeldung über den
Verlauf des Verbrennungsprozesses und ermöglicht eine sofortige
Anpassung der verschiedenen Betriebsparameterwerte des Zündsystems
an die momentane Situation.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich schließlich
als vorteilhaft gezeigt, dass das Zündsystem in einen insbesondere
strahlgeführten Verbrennungsmotor eingebaut ist. Da besonders
beim Schichtladebetrieb eines strahlgeführten Ottomotors
mit Direkteinspritzung hohe Anforderungen an das Zündsystem
gestellt sind, um eine zuverlässige Entzündung
des häufig stark inhomogenen Kraftstoffgemischs sicherstellen
zu können, wird durch den Einbau des erfindungsgemäßen
Zündsystems in einen derartigen Verbrennungsmotor eine besonders
hohe Robustheit des Verbrennungsprozesses sichergestellt, die Verbrennung
optimiert und die HC- und NOx-Rohemissionen
des Verbrennungsmotors gesenkt. Grundsätzlich kann das
Zündsystem jedoch in alle Verbrennungsmotoren – beispielsweise Hubkolben-
oder Wankelmotoren – eingebaut werden, in welchen fremdzündbare
Kraftstoffe bzw. Kraftstoffgemische – beispielsweise Benzin,
Erdgas, Ethanol, Wasserstoff oder Kombinationen davon -entzündet
und verbrannt werden sollen.
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Dabei
hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass das Zündsteuergerät
ausgelegt ist, den ersten und/oder den zweiten Primärstrommaximalwert
und/oder den Sekundärstromminimalwert in Abhängigkeit
einer vorgegebenen Brenndauer eines Zündfunkens und/oder
einer vorgegebenen Schließzeit und/oder einer vorgegebenen
Anzahl an Zündfunken einzustellen. Dies ermöglicht
eine besonders einfache Einstellung der Anzahl bzw. des Energiegehalts
der zu erzeugenden Zündfunken.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Zündsystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
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2 ein
schematisches Diagramm zeitlicher Stromverläufe beim Betreiben
des in 1 gezeigten Zündsystems;
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3 ein
Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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4 ein
Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel; und
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5 ein
Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines Zündsystems, welches in einen fremdzündbaren
Verbrennungsmotor (nicht abgebildet) eines Kraftfahrzeugs eingebaut
ist. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise als strahlgeführter
Direkteinspritzungs-Ottomotor ausgebildet sein, wobei grundsätzlich
alle fremdgezündeten Motortypen mittels des Zündsystems
betreibbar sind. Das Zündsystem umfasst dabei einen an
sich bekannten Zündtransformator 10 mit einer
Primärseite 12 und einer Sekundärseite 14,
wobei an die Primärseite 12 eine Bordnetzspannung
V eines Kraftfahrzeugs (nicht abgebildet) angelegt ist. Die Primärseite 12 kann
dazu beispielsweise über das Zündungsplus (Klemme 15)
mit einer Fahrzeugbatterie gekoppelt sein. Das Zündsystem
umfasst weiterhin ein Zündsteuergerät 16,
mittels welchem über ein zugeordnetes elektrisches Steuerelement 18 ein
Primärstrom iprim durch die Primärseite 12 des
Zündtransformators 10 steuerbar ist. Das Zündsteuergerät 16 ist
mit einer Stromerfassungseinrichtung 20 gekoppelt, mittels
welcher der Primärstrom iprim durch die
Primärseite 12 und ein Sekundärstrom
isek durch die Sekundärseite 14 abgegriffen
und an das Zündsteuergerät 16 übermittelt
werden. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das Zündsteuergerät 16 und die
Stromerfassungseinrichtung 20 einteilig ausgebildet sind.
Die Sekundärseite 14 schließlich ist
ihrerseits über eine Einschaltfunkenunterdrückungsdiode 21 mit
einer aus dem Stand der Technik bekannten Zündkerze 22 zum
Erzeugen von Zündfunken 24 gekoppelt. Die elektrischen
Widerstände R1, R2 der Stromerfassungseinrichtung 20 sowie
die Zündkerze 22 sind mit einem Bezugspotential
VBez, beispielsweise der Masse des Kraftfahrzeugs,
verbunden. Das Zündsteuergerät 16 ist
zum Empfangen von Steuersignalen S (s. 2) mit einem
Motorsteuergerät 26 des Kraftfahrzeugs gekoppelt.
Das gezeigte Zündsystem kann sehr kompakt ausgebildet und
beispielsweise in eine Zündspule integriert werden.
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Das
Verfahren zum Betreiben des in 1 gezeigten
Zündsystems wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. 2 zeigt
dazu ein schematisches Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Primärstroms
iprim und des Sekundärstroms isek beim Betreiben des Zündsystems.
Unter Berücksichtigung des vom Motorsteuergerät 26 gesendeten
Steuersignals S, welches ein Zeitfenster vorgibt, innerhalb welchem
der Zündfunke 24 brennen und eine Entzündung
des Kraftstoffgemischs auslösen soll, schaltet das Zündsteuergerät 16 zum Zeitpunkt
t0 das Steuerelement 18 ein, wodurch
an der Primärseite 12 des Zündtransformators 10 der Primärstrom
iprim aufgebaut wird. Mittels der Stromerfassungseinrichtung 20 wird
der Primärstrom iprim erfasst und
an das Zündsteuergerät 16 übermittelt.
Die zum Aufladen benötigte Schließzeit tsz entspricht definitionsgemäß einer
Division des sog. Schließwinkels durch die momentane Drehzahl
des Verbrennungsmotors.
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Sobald
ein einstellbarer erster Primärstrommaximalwert imaxp1 erreicht wird, wird durch Ausschalten
des Steuerelements 18 mittels des Zündsteuergeräts 16 der
Primärstrom iprim abgeschaltet,
wodurch sich durch Selbstinduktion auf der Sekundärseite 14 eine
Hochspannung an in 1 gezeigten Elektroden 23a,
b der Zündkerze 22 aufbaut und einen Zündfunken 24a erzeugt.
Während der Zündfunke 24a innerhalb der
Zeitdauer te brennt, nimmt der Sekundärstrom
isek ausgehend von dem mit dem ersten Primärstrommaximalwert
imaxp1 korrespondierenden Sekundärstrommaximalwert
imaxs1 stetig ab. Die Erfassung des Sekundärstroms
isek erfolgt auch hier mittels der Stromerfassungseinrichtung 20 im
Zündsteuergerät 16. Sobald der Sekundärstrom
isek einen einstellbaren Sekundärstromminimalwert
imin unterschreitet, wird erneut der Primärstrom
iprim durch Anschalten des Steuerelements 18 an
der Primärseite 12 des Zündtransformators 10 aufgebaut,
bis ein zweiter Primärstrommaximalwert imaxp2 erreicht
wird. Der Sekundärstromminimalwert imin liegt
dabei im vorliegenden Beispiel 20 ± 2% niedriger als der
mit dem ersten Primärstrommaximalwert imaxp1 korrespondierende
Sekundärstromwert imaxs1. Auch
der zweite Primärstrommaximalwert imaxp2 ist
im vorliegenden Ausführungsbeispiel 20 ± 2% niedriger
eingestellt als der erste Primärstrommaximalwert imaxp1. Bei einem aufgrund einer erfolgreichen
Zündung bereits gebildeten Innenkanal kann dadurch die
Nachladezeit tn, innerhalb welcher der Zündfunke 24a ohne
Energiezufuhr brennen muss, entsprechend verkürzt werden. Grundsätzlich
können jedoch der erste und der zweite Primärstrommaximalwert
imaxp1, imaxp2 unabhängig voneinander
eingestellt werden, so dass der zweite Primärstrommaximalwert
imaxp2 auch gleich oder höher als
der erste Primärstrommaximalwert imaxp1 eingestellt
werden kann, falls die erste Zündung nicht funktioniert
hat. Theoretisch können der erste und der zweite Primärstrommaximalwert
imaxp1, imaxp2 in
Abhängigkeit der Eigenschaften des Zündsystems
bzw. der Bordnetzspannung so aneinander angepasst werden, dass die
Nachladezeit tn beliebig kurz wird und der
Zündfunke 24 innerhalb des Zeitfensters quasi
permanent brennt. Durch Abschalten des Primärstroms iprim mittels des Zündsteuergeräts 16 wird ein
weiterer Zündfunke 24b erzeugt, wodurch der Sekundärstrom
isek an der Sekundärseite 14 des
Zündtransformators 10 fließt. Dabei ist
es in Abhängigkeit der jeweiligen Reaktionsbedingungen
während des Verbrennens des Kraftstoffgemischs auch möglich, dass
der erste Zündfunke 24a beim Erzeugen des zweiten
Zündfunkens 24b noch brennt bzw. noch nicht abgerissen
ist, so dass ein kontinuierlich brennender Zündfunke 24 erhalten
wird.
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Die
zuvor beschriebenen Schritte werden zum Erzeugen der weiteren Zündfunken 24c, 24d entsprechend
wiederholt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der zweite Primärstrommaximalwert
imax2 wie gezeigt auf einen konstanten Wert
eingestellt wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der zweite
Primärstrommaximalwert imaxp2 bei
jedem Zündvorgang auf einen abweichenden Wert eingestellt
wird. Entsprechendes gilt auch für die Einstellung des
Sekundärstromminimalwerts imin.
Wie aus 2 erkennbar ist, wird das Steuersignal
S mittels des Motorsteuergeräts 26 zum Zeitpunkt
tend abgeschaltet und markiert das Ende
des Zündvorgangs. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird jedoch das zum Zeitpunkt tend bereits begonnene
Aufbauen des Primärstroms iprim unverändert
bis zum Erreichen des zweiten Primärstrommaximalwerts imaxp2 durchgeführt und der letzte
Zündfunke 24d durch Abschalten des Primärstroms
iprim in zuvor beschriebener Weise erzeugt.
Wie am zeitlichen Verlauf des Sekundärstroms isek erkennbar,
brennt der Zündfunke 24d anschließend
bis zur vollständigen Entladung des Zündtransformators 10 bzw.
der Sekundärseite 14. Wie bereits erwähnt,
ist es dabei grundsätzlich möglich, einen kontinuierlich
brennenden Zündfunken 24 zu erzeugen. Die Brenndauer
aller Zündfunken 24a–d beträgt
formal (t2-t1) ms
und liegt in der Praxis vorzugsweise unter 5 ms und insbesondere
zwischen 1,0 ms und 3,0 ms. Es ist dabei zu betonen, dass das beschriebene
Verfahren grundsätzlich zum Betreiben aller regelbarer
Zündsysteme mit den Eigenschaften des in 1 gezeigten
Zündsystems geeignet und demnach nicht auf das in 1 gezeigte
Zündsystem beschränkt ist.
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3 zeigt
ein Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel. Dabei sind von oben nach unten der
zeitliche Verlauf der an den Elektroden 23a, b der Zündkerze 22 anliegenden
Sekundärspannung Usek, der zeitliche
Verlauf des Primärstroms iprim sowie
der zeitliche Verlauf der Sekundärstroms isek aufgetragen.
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Zunächst
wird der Primärstrom iprim an der Primärseite 12 des
Zündtransformators 10 aufgebaut, bis ein erster
Primärstrommaximalwert imaxp1 von
19 A erreicht wird. Das Aufbauen des Primärstroms iprim erfolgt innerhalb einer Schließzeit
tsz von 0,6 ms. Nach dem Abschalten des
Primärstroms iprim brennt der Zündfunke 24a für
eine Zeitdauer te von ca. 700 μs.
Sobald der Sekundärstrom isek den
Sekundärstromminimalwert imin unterschreitet,
wird der Primärstrom iprim erneut
bis zum Erreichen des zweiten Primärstrommaximalwerts imaxp2 aufgebaut. Der erste und der zweite
Primärstrommaximalwert imaxp1, imaxp2 sind dabei vorliegend identisch eingestellt.
Die zum Aufbauen benötigte Zeitdauer tn beträgt
dabei ca. 350 μs, so dass der zweite Zündfunke 24b beim Abschalten
des Primärstroms iprim ca. 1050 μs
nach dem ersten Zündfunken 24a erzeugt wird. Die
genannten Schritte werden in einem weiteren Verfahrensdurchlauf
zum Erzeugen des dritten Zündfunkens 24c angewendet.
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4 zeigt
ein Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die grundlegenden Schritte
und Parameter bereits aus der vorherigen Beschreibung zu 3 bekannt
sind. Im Unterschied zum in 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel sind der erste Primärstrommaximalwert
imaxp1 und der Sekundärstromminimalwert
imin so aufeinander abgestimmt, dass der
Zündfunke 24a im vorliegenden Beispiels für
eine Zeitdauer te von ca. 550 μs
brennt. Weiterhin ist der zweite Primärstrommaximalwert
imaxp2 niedriger eingestellt als der erste
Primärstrommaximalwert imaxp1,
wodurch die zum erneuten Aufbauen des Primärstroms iprim benötigte Zeitdauer tn lediglich ca. 220 μs beträgt.
Der zweite Zündfunke 24b wird daher beim Abschalten
des Primärstroms iprim ca. 770 μs nach
dem ersten Zündfunken 24a erzeugt. Insgesamt werden
in diesem Ausführungsbeispiel vier Zündfunken 24a–d
erzeugt.
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5 zeigt
ein Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel, wobei die grundlegenden Schritte und
Parameter bereits aus den vorherigen Beschreibung zu 3 und 4 bekannt
sind. Im Unterschied zum den vorherigen Ausführungsbeispielen sind
der erste Primärstrommaximalwert imaxp1 und
der Sekundärstromminimalwert imin so
aufeinander abgestimmt, dass der Zündfunke 24a im
vorliegenden Beispiels für eine Zeitdauer te von
ca. 200 μs brennt. Weiterhin ist der erste und der zweite
Primärstrommaximalwert imaxp1,
imaxp2 wieder identisch eingestellt, wodurch
die zum erneuten Aufbauen des Primärstroms iprim benötigte
Zeitdauer tn auf 100 μs verkürzt wird.
Der zweite Zündfunke 24b wird daher beim Abschalten
des Primärstroms iprim ca. 300 μs
nach dem ersten Zündfunken 24a erzeugt. Insgesamt
werden in diesem Ausführungsbeispiel 17 Zündfunken 24a–q erzeugt.
Dabei kann auch vorgesehen sein, dass dem Zündsteuergerät 16 die
Anzahl der gewünschten Zündfunken 24 innerhalb
des beispielsweise durch das Steuersignal S vorgegebenen Zeitfensters vorgegeben
wird und dieses die entsprechenden Stromgrenzwerte imaxp1,
imaxp2, imin in
Abhängigkeit der Eigenschaften des Zündsystems
ermittelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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