-
Zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors
in einem Kraftfahrzeug, wird mittels einer Zündspule ein
für eine Entzündung eines Kraftstoff-Sauerstoff-Gemischs
benötigter Zündfunke in einer Zündkerze
erzeugt. Die Zündspule umfasst typischerweise eine Primär-
und eine Sekundärwicklung, wobei die Primärwicklung
einem Zündschaltelement zugeordnet ist und die Sekundärwicklung
der Zündkerze. Während einer vorzugebenden Einschaltdauer
des Zündschaltelements wird die Primärwicklung
von einem ansteigenden Primärstrom durchflossen. Mit dem
ansteigenden Primärstrom steigt ein in der Primärwicklung
gespeicherter Energiegehalt. Zu einem der vorzugebenden Einschaltdauer
zugeordneten Zündzeitpunkt erreicht der Primärstrom
einen Wert eines vorgegebenen Sollstroms. Zum Zündzeitpunkt
wird das Zündschaltelement unterbrochen und erzeugt eine Überspannung
an der Primärwicklung, die durch eine geeignete Wicklungsauslegung
der Sekundärwicklung durch diese verstärkt wird,
so dass an der Zündkerze der Zündfunke entsteht
und mittels diesem dem Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisch genügend
Energie zugefügt wird, so dass dieses sicher entzündet wird.
Die Zündspule wird typischerweise durch ein Zündsteuergerät
angesteuert, mittels dessen die vorzugebende Einschaltdauer des
Zündschaltelements ermittelt wird und das Zündschaltelement
unter Berücksichtigung der ermittelten vorzugebenden Einschaltdauer
angesteuert wird.
-
In
der
DE 60 2004
004 433 T2 wird die Einschaltdauer für jeden Zündzyklus
des Zündschaltelements dadurch ermittelt, dass die Einschaltdauer
zunächst vorgegeben wird. Abhängig von mindestens einer
Messung des Primärstroms der Zündspule zu einem
Zeitpunkt, der im letzten Zehntel der vorgegebenen Einschaltdauer
liegt, wird dann die vorgegebene Einschaltdauer korrigiert und das
Zündschaltelement abhängig von dieser gezündet.
-
Die
Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Betreiben einer Zündspule zu schaffen,
das bzw. die einfach und möglichst genau die vorzugebende
Einschaltdauer des Zündschaltelements ermittelt. Eine weitere
Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist ein Verfahren zum
Herstellen einer Vorrichtung zum Betreiben einer Zündspule
zu schaffen, das einfach ist.
-
Die
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende
Vorrichtung zum Betreiben einer Zündspule mit einer Primärwicklung
und einer Sekundärwicklung, wobei der Primärwicklung
ein Zündschaltelement zugeordnet ist, bei dem abhängig
von mindestens zwei vorgegebenen Referenzzeitdauern zum Erreichen
von mindestens zwei vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwerten
eines Referenzprimärstroms durch eine vorgegebene Referenzprimärwicklung
einer vorgegebenen Referenzzündspule und abhängig
von mindestens zwei erfassten Stromwerten, die den mindestens zwei
vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwerten zugeordnet sind
und abhängig von einer ermittelten Zeitdauer zum Erreichen
mindestens einer der mindestens zwei toleranzbehafteten Stromschwellwerte
eines Primärstroms durch die Primärwicklung der
Zündspule eine vorzugebende Einschaltdauer des Zündschaltelements
zum Erreichen eines vorgegebenen Sollstroms ermittelt wird. Ferner
wird unter Berücksichtigung der ermittelten vorzugebenden
Einschaltdauer das Zündschaltelement angesteuert. Durch
die Berücksichtigung der vorgegebenen Referenzzeitdauern
der Referenzzündspule und der mindestens zwei Stromwerten, die
den mindestens zwei toleranzbahafteten Stromschwellwerten zugeordnet
sind, sowie die vorgegebenen Zeitdauern der Zündspule,
wird eine besonders genaue Ermittlung der vorzuge benden Einschaltdauer
zum Erreichen des vorgegebenen Sollstroms ermöglicht.
-
Die
mindestens zwei vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwerte
der vorgegebenen Referenzzündspule sind insbesondere so
vorgegeben, dass Sie Toleranzen von Bauelementen des Zündsteuergerätes
berücksichtigen, die im Folgenden als Fertigungstoleranzen
des Zündsteuergerätes zusammengefasst werden.
Ein Einfluss der Fertigungstoleranzen wird den mindestens zwei vorgegebenen
Referenzzeitdauern und den dazu gehörigen mindestens zwei
vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwerten zugeordnet und
somit während der Ermittlung der vorzugebenden Einschaltdauer berücksichtigt.
-
Die
mindestens zwei erfassten Stromwerte sind die Beträge der
tatsächlich fließenden Ströme zum Zeitpunkt,
an dem die mindestens zwei vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwerte
erreicht werden. Die mindestens zwei vorgegebenen toleranzbehafteten
Stromschwellwerte werden typischerweise mittels eines Schwellwertschalters
des Zündsteuergerätes vorgegeben, der seinerseits
Fertigungstoleranzen aufweist. Abhängig von der Differenz
der mindestens zwei ermittelten Stromwerte zu den mindestens zwei
vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwerten können
die Fertigungstoleranzen des Zündsteuergerätes
ermittelt werden und somit in der Ermittlung der vorzugebenden Einschaltdauer
berücksichtigt werden.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von zwei vorgegebenen
Zeitdauern zum Erreichen der mindestens zwei vorgegebenen toleranzbehafteten
Stromschwellwerte des Primärstroms durch die Primärwicklung
der Zündspule in einem Neuzustand der Zündspule
die vorzugebende Einschaltdauer ermittelt. Durch die Berücksichtigung der
mindestens zwei vorgegebenen Zeitdauern kann besonders genau die
vorzugebende Einschaltdauer der Zündspule ermittelt werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von
einer vorgegebenen Linearität und/oder Nichtlineari tät
der Primärwicklung der Zündspule die vorzugebende
Einschaltdauer ermittelt. Durch die Berücksichtigung der
ermittelten Linearität und/oder Nichtlinearität
der Zündspule kann die vorzugebende Einschaltdauer besonders
genau ermittelt werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von
einer der Zündspule zugeordneten Spannung die vorzugebende
Einschaltdauer ermittelt. Durch die Berücksichtigung der Spannung
kann die vorzugebende Einschaltdauer besonders genau ermittelt werden.
-
Die
der Zündspule zugeordnete Spannung ist typischerweise von
der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs abgeleitet, so dass durch
die Berücksichtigung der Spannung auch Schwankungen der Bordnetzspannung
des Kraftfahrzeugs in der Ermittlung der vorzugebenden Einschaltdauer
berücksichtigt werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von
einem vorgegebenen Verhältnis eines Kraftstoffanteils zu
einem Sauerstoffanteil in einem mittels der Zündspule zu
zündenden Kraftstoff-Sauerstoff-Gemischs der Sollstrom
ermittelt und vorgegeben. Mittels des vorgegebenen Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnisses
wird besonders geeignet der Sollstrom vorgegeben.
-
Durch
die Ermittlung des Sollstroms abhängig von der Erfassung
des Verhältnisses des Kraftstoffanteils zum Sauerstoffanteil
wird die für die jeweilige Entzündung des Kraftstoff-Sauerstoff-Gemischs
benötigte Energie vorgegeben und eine sichere Entzündung
gewährleistet. Des Weiteren wird durch die Ermittlung des
Sollstroms abhängig von der Erfassung des Verhältnisses
des Kraftstoffanteils zum Sauerstoffanteil eine elektrische, sowie
thermische Belastung der entsprechenden Bauelemente minimiert.
-
Die
Erfindung zeichnet sich des Weiteren aus durch ein Verfahren zum
Herstellung einer Vorrichtung zum Betreiben einer Zündspule
mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung,
wobei der Primärwicklung ein Zündschaltelement
zugeordnet ist, bei dem mindestens zwei Referenzzeitdauern zum Erreichen
von mindestens zwei vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwerten
eines Referenzprimärstroms durch eine Referenzprimärwicklung
einer vorgegebenen Referenzzündspule bei vorgegebenen Induktivitäts-
und Widerstandsverläufen der Referenzprimärwicklung
und bei vorgegebener Spannung über der Referenzprimärspule
ermittelt werden. Ferner werden mindestens zwei Stromwerte, die
den mindestens zwei vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwerten
zugeordnet sind, mittels einer Messeinheit an der Referenzprimärwicklung
der vorgegebenen Referenzzündspule ermittelt. Des Weiteren
werden die mindestens zwei Referenzzeitdauern mit den mindestens
zwei dazugehörigen ermittelten Stromwerten nicht-flüchtig
in einem Speicher der Vorrichtung gespeichert. Durch die nicht-flüchtige
Speicherung der mindestens zwei Referenzzeitdauern der Referenzzeitspule
mit den dazugehörigen ermittelten Stromwerten ist die Vorrichtung
besonders einfach herstellbar.
-
Die
mindestens zwei Stromwerte sind den mindestens zwei vorgegebenen
toleranzbehafteten Stromschwellwerten zugeordnet und werden typischerweise
mittels der Messeinheit ermittelt, um den tatsächlichen
Betrag des Stroms zum Zeitpunkt, an dem die mindestens zwei vorgegebenen
toleranzbehafteten Stromschwellwerte an der Vorrichtung erreicht
werden, zu ermitteln. Durch die Ermittlung der mindestens zwei Stromwerte
werden besonders geeignet Fertigungstoleranzen in der Ermittlung
der vorzugebenden Einschaltdauer berücksichtigt.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung werden mindestens zwei Zeitdauern zum
Erreichen der mindestens zwei vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwerte
eines Primärstroms durch die Primärwicklung der
Zündspule, die der Vorrichtung zugeordnet ist, ermittelt
und diese mit den mindestens zwei dazugehörigen Stromschwellwerten nicht-flüchtig
in dem Speicher der Vorrichtung gespeichert. Durch die nicht-flüchtige Speicherung
der mindestens zwei Zeitdauern mit dem dazugehörigen Stromschwellwerten
ist die Vorrichtung besonders einfach herstellbar.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
Schaltungsanordnung mit einer Zündspule,
-
2A ein
zeitlicher Verlauf eines Referenzprimärstroms einer vorgegebenen
Referenzzündspule,
-
2B ein
weiterer zeitlicher Verlauf eines Primärstroms einer Zündspule,
-
2C ein
weiterer zeitlicher Verlauf des Primärstroms der Zündspule,
-
3 ein
Ablaufdiagram zum Ermitteln der mindestens zwei Referenzzeitdauern,
-
4 ein
weiteres Ablaufdiagram zum Ermitteln der vorzugebenden Einschaltdauer.
-
Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In
einem ersten Ausführungsbeispiel (1) ist eine
Schaltungsanordnung mit einer Zündspule L_IGN dargestellt,
die bevorzugt als Zündsystem in einer Brennkraftmaschine,
insbesondere einem Ottomotor in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird.
Dabei umfasst die Zündspule L_IGN eine Primärwicklung L1
und eine Sekundärwicklung L2, die einer Versorgungsspannung
V_BAT zugeordnet sind. Die Versorgungsspannung V_BAT ist bevorzugt
als Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die Sekundärwicklung
L2 der Zündspule L_IGN ist einer Zündfunkenstrecke
SP zugeordnet, die in einem Kraftfahrzeugs bevor zugt als Zündkerze
ausgebildet ist. Mittels dieser wird ein Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisch
in dem Ottomotor des Kraftfahrzeugs pro Arbeitszyklus entzündet.
Der Primärwicklung L1 ist ein Zündschaltelement
T1 zugeordnet. Des Weiteren ist das Zündschaltelement T1 über
einen Shuntwiderstand R_S mit dem Bezugspotential GND verbunden. Über
einen ersten Abgriffspunkt AP1 wird ein Schwellwertsignal S_U, welches
repräsentativ ist für einen Primärstrom
I_IGN durch die Primärwicklung L1 der Zündspule
L_IGN, durch einen Schwellwertschalter COMP abgegriffen. Der Schwellwertschalter COMP
ist mittels einer Interruptleitung INT mit einer Steuereinheit CTRL,
die dem Zündschaltelement T1 zugeordnet ist, verbunden.
Die Steuereinheit CTRL ist bevorzugt als Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgebildet
und arbeitet ein Programm zum Betreiben der Zündspule L_IGN
ab.
-
Die
Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist nachfolgend dargestellt.
Wird das Zündschaltelement T1 mittels der Steuereinheit
CTRL eingeschaltet, liegt eine Spannung U_IGN, die näherungsweise
der Versorgungsspannung V_BAT entspricht, an der Primärwicklung
L1 an. Der Spannung U_IGN ist ein ansteigender Primärstrom
I_IGN durch die Primärwicklung L1 zugeordnet. Die Zunahme
des Primärstroms I_IGN kann bei konstanter Spannung U_IGN
näherungsweise als linear angesehen werden. Der lineare
Anstieg des Primärstroms I_IGN wird als linearer Anstieg
des Schwellwertsignals S_U an dem ersten Abgriffspunkt AP1 an dem
Shuntwiderstand R_S von dem Schwellwertschalter COMP erfasst. Mittels
des Schwellwertschalters COMP werden Stromschwellwerte I_1T und
I_2T des durch das Schwellwertsignal S_U repräsentierten
Primärstroms I_IGN vorgegeben. Werden diese von dem linear
ansteigenden Schwellwertsignal S_U erreicht, generiert der Schwellwertschalter
COMP mittels des Interruptsignals INT Interrupts in der Steuereinheit
CTRL. Die Zeitdauer vom Zeitpunkt des Einschaltens des Zündschaltelements
T1 bis zur Generierung des jeweiligen Interrupts, wird mittels der
Steuereinheit CTRL erfasst. Abhängig von diesen erfassten
Zeitdauern und den folgenden Ausführungsbeispielen wird
eine vorzugebende Einschaltdauer T_2 des Zündschaltelements
T1 ermittelt. Der vorzugebenden Einschaltdauer T_2 ist ein Zündzeitpunkt
zugeordnet, an dem der Primärstrom I_IGN einen vorgegebenen
Sollstrom I_SOLL erreicht. Zu diesem ermittelten Zündzeitpunkt
wird das Zündschaltelement T1 mittels der Steuereinheit
CTRL abgeschaltet. In der Primärwicklung L1 der Zündspule
L_IGN entsteht durch das Abschalten des Zündschaltelements
T1 eine Überspannung. Diese Überspannung wird
bei geeigneter Auslegung der Sekundärwicklung L2 durch
diese verstärkt, so dass an der Zündkerze SP ein
Zündfunke entsteht. Mittels des Zündfunkens wird
das Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisch in dem Ottomotor des Kraftfahrzeugs
in dem Arbeitszyklus entzündet.
-
Die
Steuereinheit CTRL, der Schwellwertschalter COMP, sowie das Zündschaltelement
T1 und der Shuntwiderstand R_S sind typischerweise Komponenten eines
Zündsteuergerätes in dem Kraftfahrzeug. Diese
Komponenten weisen typischerweise Bauelementtoleranzen auf, die
einer genauen Ermittlung der vorzugebenden Einschaltdauer T_2 des Zündschaltelement
T1 zum Erreichen des vorgegebenen Sollstroms I_SOLL entgegenwirken.
-
In 2A ist
ein zeitlicher Verlauf eines vorgegebenen Referenzsignals dargestellt.
Das Referenzsignal korrespondiert zu einem Referenzprimärstrom
I_REF durch eine Referenzprimärwicklung einer vorgegebenen
Referenzzündspule L_REF. Der dargestellte zeitliche Verlauf
des Referenzsignals korrespondiert somit zu einer Vermessung der
Referenzzündspule L_REF anhand der Schaltungsanordnung
nach 1, in der die Zündspule L_IGN durch die
vorgegebene Referenzzündspule L_REF ersetzt ist. Für
die Vermessung der Referenzzündspule L_REF in der 2A wird
die Primärwicklung L1 als Referenzprimärwicklung
vorgegeben und der Primärstrom I_IGN als Referenzprimärstrom
I_REF. Zu einem Zeitpunkt t0 wird mittels der Steuereinheit CTRL das
Zündschaltelement T1 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt
t0 liegt über der Referenzprimärwicklung der Referenzzündspule
L_REF die Spannung U_IGN gleich einer Referenzspannung U_REF an.
Die Referenzspannung U_REF wird während der Vermessung
der Referenzzündspule L_REF konstant auf einen vorgegebenen
Spannungswert gehalten. Ausgehend von einem vorgegebenen Induktivitätsverlauf, sowie
vernachlässigbarem Widerstandsverlauf der Referenzprimärwicklung
der Referenzzündspule L_REF und ausgehend von der Referenzspannung U_REF über
der Referenzprimärwicklung steigt der Referenzprimärstrom
I_REF näherungsweise linear an. Dem an dem ersten Abgriffspunkt
AP1 abgegriffenen Schwellwertsignal S_U sind zwei vorgegebene Schwellwerte
mittels des Schwellwertschalters COMP zugeordnet, die repräsentativ
sind für zwei vorgegebene toleranzbehaftete Stromschwellwerte I_1T
und I_2T. Der zweite toleranzbehaftete Stromschwellwert I_2T ist
typischerweise einem vorgegebenen Maximalwert des Primärstroms
I_IGN für die Zündspule L_IGN zugeordnet. Der
erste toleranzbehaftete Stromschwellwert I_1T wird typischerweise kleiner
als der zweite Stromschwellwert I_2T gewählt, so z. B.
85% des zugelassenen Maximalwerts des Primärstroms I_IGN
der Zündspule L_IGN. Zu einem Zeitpunkt t1 erreicht der
linear ansteigende Referenzprimärstrom I_REF den ersten
mittels des Schwellwertschalters COMP vorgegebenen toleranzbehafteten
Stromschwellwert I_1T. Zu diesem Zeitpunkt t1 generiert der Schwellwertschalter
COMP mittels des Interruptsignals INT einen ersten Interrupt in
der Steuereinheit CTRL mittels dessen eine erste Referenzzeitdauer
TD_1, die vom Einschaltzeitpunkt t0 des Zündschaltelements
T1 bis zum Erreichen des ersten toleranzbehafteten Stromschwellwerts
I_1T reicht, ermittelt wird.
-
Da
das Zündschaltelement T1 weiterhin eingeschaltet ist, steigt
der Referenzprimärstrom I_REF weiter linear an, bis zu
einem Zeitpunkt t2. Zu diesem Zeitpunkt t2 erreicht der Referenzprimärstrom
I_REF den zweiten mittels des Schwellwertschalters COMP vorgegebenen
toleranzbehafteten Stromschwellwert I_2T. Zu diesem Zeitpunkt t2
wird mittels des Interruptsignals INT des Schwellwertschalters COMP
in der Steuereinheit CTRL ein zweiter Interrupt generiert. Dem zweiten
Interrupt ist eine zweite Referenzzeitdauer TD_2 zugeordnet, beginnend
vom Einschaltzeitpunkt t0 des Zündschaltelements T1 bis zum
zweiten Zeitpunkt t2.
-
Aufgrund
der Fertigungstoleranzen des Zündsteuergeräts
stimmen die mittels des Schwellwertschalters COMP vorgegebenen toleranzbehafteten
Stromschwellwerte I_1T und I_2T typischerweise nicht mit dem tatsächlichen
Betrag des durch den Shuntwiderstand R_S fließenden Stroms
zu den entsprechenden Zeitpunkten t1 und t2 überein. In
einem weiteren Schritt wird mittels einer Messeinheit ein tatsächlicher
durch den Shuntwiderstand R_S fließender erster und zweiter
Stromwert I_1 und I_2 zu den entsprechenden Zeitpunkten t1 und t2
erfasst. Der erste und zweite erfasste Stromwerte I_1 und I_2 kann
somit dem ersten und zweiten vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwert
I_1T und I_2T zugeordnet werden. Die Differenz zwischen dem ersten
und zweiten Stromwert I_1 und I_2 und dem ersten und zweiten vorgegebenen
toleranzbehafteten Stromschwellwert I_1T und I_2T ist somit typischerweise
abhängig von den Bauelementtoleranzen des Zündsteuergerätes.
Die erste und zweite Referenzzeitdauer TD_1 und TD_2 wird daraufhin
mit dem dazugehörigen ersten und zweiten Stromwert I_1
und I_2 nicht-flüchtig in einem Speicher der Steuereinheit CTRL
abgespeichert.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Schwellwertschalter
COMP zwei Komparatoren für die zwei vorgegebenen toleranzbehafteten
Stromschwellwerten I_1T und I_2T. Dabei umfasst der Schwellwertschalter
COMP einen Ausgang, dem das Interruptsignal INT zugeordnet ist.
Mittels diesem ist der Schwellwertschalter COMP mit einem Interrupteingang
der Steuereinheit CTRL verbunden. Dem Ausgang des Schwellwertschalters
COMP sind die Ausgänge der beiden Komparatoren zugeordnet.
Dabei repräsentiert eine steigende Signalflanke des Interruptsignals
INT den ersten toleranzbehafteten Stromschwellwert I_1T und eine
fallende Signalflanke des Interruptsignals INT den zweiten toleranzbehafteten
Stromschwellwert I_2T. Der Schwellwertschalter COMP kann aber auch
derart ausgebildet sein, dass mehr als zwei Schwellwerte vorgegeben sind
und jedem Schwellwert ein Komparator zugeordnet ist und der jeweilige
Ausgang des jeweiligen Komparators jeweils einem Interrupteingang
der Steuereinheit CTRL zugeordnet ist. Auch ande re dem Fachmann
bekannte Ausführungsformen des Schwellwertschalters COMP
sind möglich. Der Differenz zwischen dem ersten und zweiten
erfassten Stromwert I_1 und I_2 und dem ersten und zweiten vorgegebenen
toleranzbehafteten Stromschwellwert I_1T und I_2T kann somit auch
eine zeitliche Verzögerung eines Erkennens des ersten und
zweiten vorgegebenen toleranzbehafteten Stromwellwert I_1T und I_2T
in der Steuereinheit CTRL zugeordnet werden.
-
Durch
die Ermittlung der ersten und zweiten Referenzzeitdauer TD_1 und
TD_2 und dem dazugehörigen ersten und zweiten Stromwert
I_1 und I_2 an der vorgegebenen Referenzzündspule L_REF
mit vorgegebenen Widerstands- und Induktivitätsverläufen,
werden die dem Zündsteuergerät zugeordneten Fertigungstoleranzen
und zeitlichen Verzögerungen erfasst. Die erste und die
zweite Referenzzeitdauer TD_1 und TD_2 und der erste und zweite
Stromwert I_1 und I_2 werden typischerweise vor einer Auslieferung
des Zündsteuergerätes an einen Kunden ermittelt
und dienen dem später im einsatzbefindlichen Zündsystem
zur genauen Ermittlung der vorzugebenden Einschaltdauer des Zündschaltelements
unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen des Zündsteuergerätes.
-
In 2B ist
ein zeitlicher Verlauf des Primärstroms I_IGN durch eine
Primärwicklung L1 der Zündspule L_IGN dargestellt.
Der zeitliche Verlauf basiert auf der Vermessung der im Neuzustand
befindlichen Zündspule L_IGN anhand der Schaltungsanordnung
nach 1. Die Zündspule L_IGN kann als die in
dem Ottomotor des Kraftfahrzeugs verwendete Zündspule angesehen
werden und unterscheidet sich von der in 2A vermessenen
Referenzzündspule L_REF dadurch, dass ihre Eigenschaften im
Hinblick auf den Widerstands- und Induktivitätsverlauf
nicht exakt bekannt sind. Die Vermessung der Zündspule
L_IGN in 2B erfolgt analog zu der Vermessung
der Referenzzündspule L_REF in 2A, wobei
die Erfassung des ersten und zweiten Stromwertes I_1 und I_2 in 2B nicht
durchgeführt wird. Die Vermessung der Zündspule
L_IGN erfolgt typischerweise während einer Erstinbetriebnahme
des Zündsteuergerätes bei dem jeweiligen Kunden.
Die in 2B dargestellten vorgegebenen Stromschwellwerte
I_1T und I_2T entsprechen den toleranzbehafteten Stromschwellwerten
I_1T und I_2T in 2A. Analog zu der Vermessung
der Referenzzündspule L_REF in 2A wird
in 2B die erste und zweite Zeitdauer TD_3 und TD_4,
die den jeweiligen toleranzbehafteten Stromschwellwerten I_1T und
I_2T zugeordnet sind, ermittelt. Die erste und die zweite Zeitdauer
TD_3 und TD_4 wird mit den dazugehörigen toleranzbehafteten
vorgegebenen Stromschwellwerten I_1T und I_2T nicht-flüchtig in
dem Speicher der Steuereinheit CTRL abgespeichert.
-
Im
Vergleich zur 2A ist der Verlauf des Primärstroms
I_IGN der Zündspule L_IGN in 2B nicht
linear ansteigend dargestellt. Vielmehr sind hier existierende Wicklungswiderstände
der Primärwicklung L1 der Zündspule L_IGN berücksichtigt,
sowie Nichtlinearitäten der Primärwicklung L1
der Zündspule L_IGN. Diese Nichtlinearitäten sind
typischerweise Sättigungseffekte der Zündspule
L_IGN zugeordnet. Die Nichtlinearität der Zündspule
L_IGN wird durch ein Verhältnis der ersten Zeitdauer TD_3
zur zweiten Zeitdauer TD_4 unter Berücksichtigung der toleranzbehafteten
vorgegebenen Stromschwellwerte I_1T und I_2T ermittelt. Diese erfassten
Nichtlinearitäten der Zündspule L_IGN werden typischerweise
als Korrekturwert in der Ermittlung der vorzugebenden Einschaltdauer
T_2 berücksichtigt. Auch diese Korrekturwerte sind nicht-flüchtig
in dem Speicher der Steuereinheit CTRL abgespeichert.
-
Des
Weiteren sind durch die Vermessung der im Ottomotor des Kraftfahrzeugs
verwendeten Zündspule L_IGN andere beeinflussende Faktoren, wie
Kabelbaumwiderstände, der ersten und der zweiten Zeitdauer
TD_3 und TD_4 zugeordnet.
-
Die
in 2A dargestellte Vermessung der Referenzzündspule
L_REF und die in 2B dargestellte Vermessung der
Zündspule L_IGN sind als Herstellungsschritte des Zündsteuergerä tes,
welches auch als Vorrichtung zum Betreiben der Zündspule
L_IGN angesehen werden kann, anzusehen.
-
Die
in 2A dargestellten Herstellungsschritte zur Vermessung
der Referenzzündspule L_REF und der Zündspule
L_IGN können auch vor dem Zusammenbau des Zündsteuergerät
abgearbeitet werden. Dabei sind allerdings alle Komponenten, deren
Toleranzen in der Vermessung und in der späteren Ermittlung
der vorzugebenden Einschaltdauer zu berücksichtigen sind,
zu berücksichtigen.
-
Während
die in 2A dargestellte Vermessung der
Referenzzündspule L_REF vor der Auslieferung des Zündsteuergerätes
an den jeweiligen Kunden durchgeführt wird, und die in 2B dargestellte
Vermessung der im Ottomotor des Kraftfahrzeugs verwendeten Zündspule
L_IGN während der Erstinbetriebnahme für jeden
Zylinder individuell durchgeführt wird, zeigt der in 2C dargestellte zeitliche
Verlauf des Primärstroms I_IGN der Zündspule L_IGN
eine Ermittlung der vorzugebenden Einschaltdauer T_2 des Zündschaltelementes
T1 während des Betriebs des Ottomotors des Kraftfahrzeugs für
den Arbeitszyklus. Zu einem Zeitpunkt t0 wird mittels der Steuereinheit
CTRL das Zündschaltelement T1 eingeschaltet. Dadurch liegt über
der Primärwicklung L1 der Zündspule L_IGN die
Spannung U_IGN an. Die Spannung U_IGN kann näherungsweise
der Versorgungsspannung V_BAT zugeordnet werden. Der vorgegebenen
Spannung U_IGN über der Primärwicklung L1 der
Zündspule L_IGN ist ein ansteigender Primärstrom
I_IGN der Primärwicklung L1 zugeordnet. Zu einem Zeitpunkt
t1 erreicht der Primärstrom I_IGN den ersten mittels des
Schwellwertschalters COMP vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwert
I_1T. Mittels des Interruptsignals INT des Schwellwertschalters
COMP wird in der Steuereinheit CTRL ein erster Interrupt generiert, mittels
dem die Zeitdauer T_1 ermittelt wird, die der Zeitdauer vom Einschalten
des Schaltelements T1 bis zum Erreichen des ersten toleranzbehafteten Stromschwellwerts
I_1T zugeordnet ist. Während das Zündschaltelement
T1 weiterhin eingeschaltet ist, wird abhängig von der ermittelten
Zeitdauer T_1 und ab hängig von den nicht-flüchtig
abgespeicherten Zeitdauern TD_1, TD_2, TD_3 und TD_4 und dem ersten
und zweiten Stromwert I_1 und I_2, sowie den Korrekturwerten die
vorzugebende Einschaltdauer T_2 ermittelt. Abhängig von
der ermittelten vorzugebenden Einschaltdauer T_2 wird das Zündschaltelement
T1 angesteuert und zu einem Zeitpunkt t2 abgeschaltet. Idealerweise
ist zum Zeitpunkt t2 der Primärstrom I_IGN durch die Primärwicklung
L1 gleich dem vorgegebenen Sollstrom I_SOLL.
-
Zum
Zeitpunkt t2 wird dem Wert des Primärstroms I_IGN eine
in der Zündspule L_IGN gespeicherte Energie zugeordnet.
Dieser gespeicherte Energiegehalt kann im Idealfall einem vorgegebenen Energiegehalt
zugeordnet werden, der abhängig von dem vorgegebenen Sollstrom
I_SOLL vorgegeben ist.
-
Der
Sollstrom I_SOLL wird abhängig von dem mit einer Lamdasonde
ermittelten Verhältnis von einem Kraftstoffanteil zu einem
Sauerstoffanteil des im Ottomotor des Kraftfahrzeugs verbrannten
Kraftstoff-Sauerstoff-Gemischs vorgegeben. Wird mittels der Lamdasonde
ein sogenanntes mageres Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisch ermittelt,
das gekennzeichnet ist durch einen Sauerstoff-Überschuss,
wird der Sollstrom I_SOLL entsprechend höher vorgegeben und
somit die zur Zündung benötigte Energie. Wird dagegen
ein sogenanntes fettes Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisch mittels der
Lambasonde ermittelt, das gekennzeichnet ist durch einen Kraftstoff-Überschuss,
wird der Sollstrom I_SOLL entsprechend niedrigerer vorgegeben.
-
Da
der Anstieg des Primärstroms I_IGN auch abhängig
von dem Wert der Spannung U_IGN über der Primärwicklung
L1 der Zündspule L_IGN ist, wird auch die Spannung U_IGN
ermittelt und typischerweise als Korrekturwert in der Ermittlung
der vorzugebenden Einschaltdauer T_2 berücksichtigt. Neben der
Spannung U_IGN werden noch weitere Faktoren, wie die Korrekturwerte
für die ermittelte Linearität und/oder Nichtlinearität
der verwendeten Zündspule L_IGN berücksichtigt.
-
In
einem Mehrfachzündsystem, das beispielsweise dort verwendet
wird, wo die Entzündung des Kraftstoff-Sauerstoff-Gemischs
bei einer Einfachzündung nicht sicher gewährleistet
ist, wird während des Arbeitszyklus in dem Ottomotor des
Kraftfahrzeugs nicht nur ein Zündfunke generiert, sondern mehrere
nachfolgende, so z. B. 3 bis 5 pro Arbeitszyklus. Dabei wird für
eine Zündfunkengenerierung nicht die gesamte in der Zündspule
L_IGN gespeicherte Energie benötigt, da der Zündfunke
durch ein Wiedereinschalten des Zündschaltelements T1 unterbrochen
wird. Somit verbleibt eine vorgegebene Restenergie in der Zündspule
L_IGN gespeichert. Dadurch ist nicht sichergestellt, dass beim Wiedereinschalten
des Zündschaltelements T1 der Primärstrom I_IGN
durch die Primärwicklung L1 der Zündspule L_IGN
bei 0 A beginnt, sondern je nach Restenergiegehalt der Zündspule
L_IGN bei einem Wert des Primärstroms I_IGN der größer
oder gleich 0 A ist, aber kleiner als der Wert des ersten toleranzbehafteten
Stromschwellwerts I_1T. In dem Mehrfachzündsystem wird
somit auch der Restenergiegehalt der Zündspule L_IGN bei
der Ermittlung der vorzugebenden Einschaltdauer T_2 berücksichtigt.
Der Restenergiegehalt wird bevorzugt durch die ermittelte Zeitdauer
T_1 bis zum Erreichen des ersten toleranzbehafteten Stromschwellwerts
I_1T repräsentiert. Ist eine Restenergie in der Zündspule
L_IGN gespeichert, ist die ermittelte Zeitdauer T_1 zum Erreichen des
ersten toleranzbehafteten Stromschwellwerts I_1T bei identischer
Zündspule L_IGN kleiner als bei der Zündspule
L_IGN ohne Restenergiegehalt. Abhängig von der verkürzten
Zeitdauer T_1, wird die vorzugebende Einschaltdauer T_2 ermittelt.
-
Programme,
die in der Steuereinheit CTRL abgearbeitet werden, werden anhand
der Ablaufdiagramme in 3 und 4 näher
erläutert.
-
Ein
mittels des Ablaufdiagramms in 3 dargestelltes
Vermessungsprogramm wird sowohl für die Ermittlung der
ersten und zweiten Referenzzeitdauer TD_1 und TD_2 an der Referenzprimärwicklung
der Referenzzündspule L_REF, sowie für die Er mittlung
der ersten und zweiten Zeitdauer TD_3 und TD_4 an der im Ottomotor
des Kraftfahrzeugs verwendeten Zündspule L_IGN verwendet.
Das Vermessungsprogramm wird anhand der Referenzzündspule
L_REF näher erläutert, kann aber analog zur Referenzzündspule
L_REF auch für die Zündspule L_IGN abgearbeitet
werden und kann als Verfahren zum Herstellen des Zündsteuergerätes
angesehen werden. Das Vermessungsprogramm wird in einem Schritt 30 gestartet.
In einem Schritt 31 wird das Zündschaltelement
T1 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird auch ein Zähler
CNT, dessen Zählerstand zurückgesetzt wird, in
der Steuereinheit CTRL gestartet. Zu diesem Zeitpunkt liegt über
der Referenzprimärwicklung der zu vermessenden Referenzzündspule
L_REF die vorgegebene Referenzspannung U_REF an. Diese führt
zu einem ansteigenden Referenzprimärstrom I_REF in der
Referenzprimärwicklung der Referenzzündspule L_IGN,
wie in 2A dargestellt. Bis zu dem Zeitpunkt,
an dem der Referenzprimärstrom I_REF den ersten mittels
des Schwellwertschalters COMP vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwert
I_1T erreicht, kann das Vermessungsprogramm andere Aufgaben abarbeiten.
Erreicht der Referenzprimärstrom I_REF den ersten mittels
des Schwellwertschalters COMP vorgegebenen toleranzbehafteten Stromschwellwert I_1T,
wird in einem Schritt 32 mittels des Schwellwertschalters
COMP das Interruptsignal INT erzeugt. Mittels diesem wird in der
Steuereinheit CTRL der erste Interrupt generiert, durch den in einem
Schritt 33 der aktuelle Zählerstand des Zählers
CNT in der Steuereinheit CTRL der ersten Referenzzeitdauer TD_1
zugeordnet wird. Da das Zündschaltelement T1 weiterhin
eingeschaltet ist, steigt der Referenzprimärstrom I_REF
weiter an. Erreicht der Referenzprimärstrom I_REF den zweiten
mittels des Schwellwertschalters COMP vorgegebenen toleranzbehafteten
Stromschwellwert I_2T, wird in einem Schritt 34 mittels
des Schwellwertschalters COMP erneut das Interruptsignal INT erzeugt.
Dieses generiert in der Steuereinheit CTRL den zweiten Interrupt,
durch den in einem Schritt 35 der aktuelle Zählerstand
des Zählers CNT der Steuereinheit CTRL der zweiten Referenzzeitdauer
TD_2 zugeordnet wird. In einem Schritt 36 wird das Zündschaltelement
T1 mittels der Steuereinheit CTRL abgeschaltet. In einem Schritt 37 wird
eine weitere Vermessung der Referenzzündspule L_REF durchlaufen,
wobei der Betrag des Stroms durch die Referenzprimärwicklung
der Referenzzündspule L_REF nun mittels der Messeinheit
ermittelt wird und nicht mittels des Schwellwertschalters COMP des Zündsteuergerätes.
Die weitere Vermessung wird typischerweise nicht von dem Programm
der Steuereinheit CTRL abgearbeitet, gehört aber dem Verfahren
zum Herstellen des Zündsteuergerätes an. Dabei wird
nach der bereits erfassten ersten Referenzzeitdauer TD_1 mittels
der externen Messeinheit der tatsächliche Betrag des Stroms
dem ersten Stromwert I_1 zugeordnet. Nach Ablauf der zweiten Referenzzeitdauer
TD_2 wird mittels der Messeinheit der tatsächliche Betrag
des Stroms dem zweiten Stromwert zugeordnet I_1. In einem Schritt 38 werden
die ermittelten Referenzzeitdauern TD_1 und TD_2 mit den dazugehörigen
zwei Stromwerten I_1 und I_2 nicht-flüchtig in dem Speicher
der Steuereinheit CTRL abgespeichert. In einem Schritt 39 wird
das Vermessungsprogramm beendet.
-
Um
mit der vorgegebenen Referenzzündspule L_REF und deren
vorgegeben Widerstands- und Induktivitätsverläufen,
sowie mit den Referenzzeitdauern TD_1 und TD_2 und mit den zwei
Stromwerte I_1 und I_2 die Fertigungstoleranzen des Zündsteuergeräts
genau zu ermitteln, können weitere Einflüsse,
wie z. B. der Einfluss einer Umgebungstemperatur, durch eine geeignete
Vorgabe während der Vermessung der Referenzzündspule
L_REF berücksichtigt werden.
-
Des
Weiteren kann die Ermittlung der Referenzzeitdauern TD_1 und TD_2
und somit die Erfassung der Fertigungstoleranzen des Zündsteuergerätes
anhand der Referenzzündspule L_REF auch anhand einer den
Referenzprimärstrom I_REF repräsentierenden Signalform,
so z. B. einem Sägezahnsignal, für das Referenzsignal
erfolgen. Dabei wird beispielsweise das als Sägezahnsignal
ausgebildete Referenzsignal der Referenzprimärwicklung
der Referenzzündspule L_REF mit zu vernachlässigendem Widerstandsverlauf
zugeordnet.
-
Das
Vermessungsprogramm wird für die Vermessung der Referenzzündspule
L_REF vor der Auslieferung des Zündsteuergerätes
an den Kunden abgearbeitet.
-
Für
die Vermessung der im Ottomotor des Kraftfahrzeugs verwendeten Zündspule
L_IGN, wird das Vermessungsprogramm während der Erstinbetriebnahme
für jeden Zylinder des Ottomotors individuell abgearbeitet.
Der Schritt 37 in 3 wird für
die Vermessung der im Ottomotor des Kraftfahrzeugs verwendeten Zündspule
L_IGN nicht durchlaufen, so dass im Schritt 38 die ermittelten
Referenzzeitdauern TD_3 und TD_4 mit den dazugehörigen
toleranzbehafteten Stromwerten I_1T und I_2T nicht-flüchtig
in dem Speicher der Steuereinheit CTRL abgespeichert werden.
-
Ein
mittels des Ablaufdiagrams in 4 dargestelltes
Ermittlungsprogramm wird nur während des Betriebs der im
Ottomotor des Kraftfahrzeugs verwendeten Zündspule L_IGN
für jeweils einen Arbeitszyklus abgearbeitet.
-
Das
Ermittlungsprogramm wird in einem Schritt 40 gestartet.
In einem Schritt 41 wird das Zündschaltelement
T1 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird auch der Zähler
CNT, dessen Zählerstand zurückgesetzt ist, in
der Steuereinheit CTRL gestartet. Zu diesem Zeitpunkt liegt die
Spannung U_IGN über der Primärwicklung L1 der
Zündspule L_IGN an. Der Primärstrom I_IGN steigt
an. In einem Schritt 42 erreicht der Primärstrom
I_IGN den ersten toleranzbehafteten Stromschwellwert I_1T und mittels
des Schwellwertschalters COMP wird das Interruptsignal INT generiert,
welches in der Steuereinheit CTRL den ersten Interrupt generiert.
Dadurch wird in einem Schritt 43 der gerade aktuelle Zählerstand
des Zählers CNT der Zeitdauer T_1 zugeordnet. In einem Schritt 44 wird
abhängig von der ermittelten Zeitdauer T_1, sowie den nicht-flüchtig
abgespeicherten Zeitdauern TD_1, TD_2, TD_3 und TD_4, der Spannung
U_IGN, sowie dem ersten und zweiten Stromwert I_1 und I_2 und der
Induktivität der Referenzprimärwicklung der Referenzzünd spule
L_REF, die Induktivität der Primärwicklung L1
der Zündspule L_IGN ermittelt.
-
In
diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass der Induktivität
der Primärwicklung L1 der Zündspule L_IGN eine
direkte Relation zu der bekannten vorgegebenen Induktivität
der Referenzprimärwicklung und den abgespeicherten Referenzzeitdauern
TD_1 und TD_2 zugeordnet werden kann. Ist beispielsweise die ermittelte
Zeitdauer T_1 10% kleiner als die abgespeicherte Referenzzeitdauer
TD_1 der Referenzzündspule L_REF bei einer Spannung U_IGN
gleich der Referenzspannung U_REF, so ist die Induktivität
der Primärwicklung L1 10% kleiner als die Induktivität
der Referenzprimärwicklung der Referenzzündspule
L_REF. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass im Betrieb des
Ottomotors, beim Erreichen des ersten toleranzbehafteten Stromschwellwerts
I_1T, der erste Stromwert I_1 als tatsächlich fließender
Strom verwendet werden kann.
-
In
einem Schritt 45 wird abhängig von der ermittelten
Induktivität der Primärwicklung L1 der Zündspule
L_IGN und der Versorgungsspannung V_BAT, sowie dem vorgegebenen
Sollstrom I_SOLL die vorzugebende Einschaltdauer T_2 ermittelt.
In einem Schritt 46 wird der aktuelle Zählerstand
des Zählers CNT der Steuereinheit CTRL mit der ermittelten
vorzugebenden Einschaltdauer T_2 verglichen. Erreicht der Zähler
CNT die ermittelte vorzugebende Einschaltzeit T_2, wird in einem
Schritt 47 das Zündschaltelement T1 ausgeschaltet.
Zu diesem Zeitpunkt wird in der Primärwicklung L1 des Zündelements
L_IGN die Überspannung induziert, die mittels der Sekundärwicklung
L2 der Zündspule L_IGN verstärkt wird und an der
Zündkerze SP den Zündfunken generiert. In einem
Schritt 48 wird das Ermittlungsprogramm beendet und erneut
in dem Schritt 40 für den nächsten Arbeitszyklus
gestartet.
-
In
dem Mehrfachzündsystem wird das Ermittlungsprogramm mehrfach
pro Arbeitszyklus durchlaufen, so z. B. 3 bis 5 mal pro Arbeitszyklus, um
entsprechend mehrere nachfolgende Zündfunken an der Zündkerze
SP zu generieren.
-
Die
in dem Schritt 44 berücksichtigten Schwankungen
der Spannung U_IGN werden bevorzugt als im Speicher der Steuereinheit
CTRL nicht-flüchtig abgespeicherte Korrekturwerte berücksichtigt.
Des Weiteren werden auch Nichtlinearitäten der Primärwicklung
L1 der Zündspule L_IGN, sowie Umgebungstemperaturen mittels
abgespeicherter Korrekturwerte berücksichtigt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 602004004433
T2 [0002]