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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden eines Verbrennungsgemisches in einem Verbrennungsmotor durch Zünden dieses einen Verbrennungsgemisches mit mehreren Funken, wobei die Zündenergie jedes der Funken in Abhängigkeit von einer Last des Verbrennungsmotors gesteuert wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum Zünden eines Verbrennungsgemisches in einem Verbrennungsmotor.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Zünden eines Verbrennungsgemisches ist aus der Druckschrift
DE 10 2007 034 390 A1 bekannt. Dort wird ein Zündsystem für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs betrieben. Das Zündsystem weist einen Zündtransformator mit einer Primärseite und einer Sekundärseite auf. An der Primärseite liegt eine Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs an. Außerdem weist das Zündsystem ein Zündsteuergerät, mittels welchem ein Primärstrom durch die Premierseite des Zündtransformators steuerbar ist, und eine Stromerfassungseinrichtung, welche mit dem Zündsteuergerät gekoppelt ist, und mittels welcher der Primärstrom und ein Sekundärstrom durch die Sekundärseite erfassbar ist und an das Zündsteuergerät übermittelbar sind, auf. Ferner besitzt das Zündsystem eine Zündkerze, welche zum Erzeugen von Zündfunken mit der Sekundärseite des Zündtransformators gekoppelt ist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: a) Aufbauen des Primärstroms an der Premierseite 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 auf eine Zeitdauer, bis ein einstellbarer Sekundärstromminimalwert an der Sekundärseite unterschritten wird, d) Aufbauen des Primärstroms an der Premierseite 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. Mit anderen Worten zeigt diese Druckschrift, dass die Zündenergie der einzelnen Funken an die Lastsituation im Verbrennungsmotor angepasst werden kann (Abrampen). Vorteil hiervon ist eine hohe Zündenergie in den initialen Zündfunken. Das oben genannte Zündsystem kann in seiner Grundstruktur auch für die vorliegende Erfindung verwendet werden.
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Ein ähnliches Verfahren zeigt auch die Druckschrift
DE 10 2007 034 390 A1 . Demnach wird die zeitliche Abfolge der Funkenfolge an die Lastsituation im Verbrennungsmotor angepasst.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für unterschiedliche Betriebsarten eines Verbrennungsmotors ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Zünden eines Verbrennungsgemisches bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es wird demnach bereitgestellt ein Verfahren zum Zünden eines Verbrennungsgemisches in einem Verbrennungsmotor durch Zünden des Verbrennungsgemisches mit mehreren Funken, wobei die Zündenergie jedes der Funken in Abhängigkeit von einer Last des Verbrennungsmotors gesteuert wird, wobei das Steuern mit Hilfe mehrerer Kennfelder erfolgt, die für unterschiedliche Betriebsarten des Verbrennungsmotors verwendet werden.
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Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Vorrichtung zum Zünden eines Verbrennungsgemisches in einem Verbrennungsmotor mit einer Zündeinrichtung zum Zünden des Verbrennungsgemisches mit mehreren Funken und einer Steuereinrichtung, mit der die Zündenergie jedes der Funken in Abhängigkeit von einer Last des Verbrennungsmotors steuerbar ist, wobei die Steuereinrichtung mehrere Kennfelder aufweist, die für unterschiedliche Betriebsarten des Verbrennungsmotors verwendet werden.
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In vorteilhafter Weise ist somit eine kennfeldgesteuerte Vielfachfunkenzündung eines Verbrennungsgemisches in einem Verbrennungsmotor möglich. Insbesondere können so optimale Verbrennungen in verschiedenen Betriebsarten durchgeführt werden.
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Vorzugsweise erfolgt das Steuern mithilfe von mindestens vier Kennfeldern. Gemäß einem der Kennfelder ist die Funkenfolge zwischen den mehreren Funken schneller als in einem vorgegebenen Normalbetrieb, und die Zündenergie der mehreren Funken nimmt in der Funkenfolge stetig ab. Gemäß einem anderen der Kennfelder ist die Zündenergie von mindestens zwei der mehreren Funken gleich. Dabei ist dem Kennfeld beispielsweise die Betriebsart „Schichtladebetrieb” oder „homogener Betrieb” zugeordnet. Gemäß einem Weiteren der mehreren Kennfelder kann eine Abnahme der Zündenergie der mehreren Funken in der Funkenfolge variabel sein bzw. variiert werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
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1 den Primärstromverlauf einer Basiszündung gemäß dem Stand der Technik;
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2 den Primärstromverlauf einer Zündung mit Abrampen der Lade- und Entladeströme;
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3 ein Zeitdiagramm eines Doppelimpulssignals; und
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4 bis 7 unterschiedliche Parametersätze und Auswirkungen für die Motorsteuerung.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Zunächst soll jedoch anhand von
1 die aus der Druckschrift
DE 10 2007 034 390 A1 bekannte Basis-Zündung beschrieben werden.
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In dem Diagramm von 1 ist der Primärstrom eines Zündtransformators über der Zeit aufgetragen. Das Beispiel bezieht sich auf eine Vierfachfunkenzündung. Generell kann jedoch für eine Vielfachfunkenzündung auch eine andere Anzahl an Funken verwendet werden.
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Bei der Basiszündung (tp_2) wird von der ersten Beladung 1 der Zündspule mit dem Strom I1 auf die zweite Beladung 2 mit dem Strom I2 eine Veränderung um den Faktor I2/I1 = 0,7 ... 1,1 und insbesondere von I2/I1 = 0,9 ... 1,0 vorgenommen. Alle weiteren Beladungen 3, 4 für alle weiteren Folgefunken werden auf das Niveau der zweiten Beladung 2 bzw. I2 gehoben. Die Entladung erfolgt dabei immer auf einen festen Wert, der sekundärstromseitig gemessen und auf den die Entladung geregelt wird.
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In einer ersten Variante (tp_3) der Basiszündung wird der Faktor I2/I1 auf einen niedrigeren Wert im Bereich des Faktors I2/I1 = 0,7 ... 1,1 als in der Basisvariante fest eingestellt. Dies führt zu einer Verringerung der Einzelfunkenenergie.
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In einer zweiten Variante tp_4 der Basiszündung wird der Faktor I2/I1 auf einen höheren Wert im Bereich des Faktors I2/I1 = 0,7 ... 1,1 als in der Basisvariante fest eingestellt. Gleichzeitig wird die Spule während jedes einzelnen Funkens tiefer entladen, was zu einer Erhöhung der Einzelfunkenenergie führt.
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Gemäß einer vierten Variante (tp_1), die in 2 dargestellt ist, wird von der ersten Beladung 1 der Zündspule mit dem Strom I1 auf die zweite Beladung 2 mit dem Strom I2 eine Reduzierung um den Faktor I2/I1 = 0,9 ... 0,95 vorgenommen. Dieser Faktor bleibt auch für die Reduzierung der Bildung von der zweiten Beladung 2 auf die dritte Beladung 3 und von der dritten Beladung 3 auf die vierte Beladung 4 erhalten. Es gilt für alle Primärströme I_n + 1 = I_n·0,7 ... 1,1 und insbesondere I_n + 1 = I_n·09 ... 0,95. Gleiches gilt in dieser Variante für den Sekundärstrom, der – ausgehend von einem festen Wert – ebenfalls immer um den Faktor 0,7 ... 1,1 und insbesondere um den Faktor 0,9 ... 0,95 verändert wird: Is_n + 1 = Is_n·0,7 ... 1,1 und insbesondere Is_n + 1 = Is_n·0,9 ... 0,95.
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Übertragen werden die Zündvarianten durch eine Variation der Pulspause tp im Doppelpulssignal aus der Motorsteuerung, wie dies in der Druckschrift
DE 10 2007 034 390 A1 beschrieben ist. Es wird diesbezüglich konkret auf diese Druckschrift Bezug genommen.
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3 zeigt ein Doppelpulssignal mit einem ersten Impuls 5 und einem zweiten Impuls 6a, 6b oder 6c. Zwischen dem ersten Impuls 5 und dem zweiten Impuls 6a befindet sich eine Pulspause tp_1, zwischen dem ersten Impuls 5 und dem zweiten Impuls 6b befindet sich eine Pulspause tp_2 und zwischen dem ersten Impuls 5 und dem zweiten Impuls 6c befindet sich eine Pulspause tp_n. Über eine Variation der Pulspause (tp_1 ... tp_n) lassen sich verschiedene Zündungsvarianten kennfeldgesteuert abrufen.
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Mit bekannten Techniken lässt sich die Zündenergie (Abrampen) der einzelnen Funken an die Lastsituation im Verbrennungsmotor anpassen. Entsprechend einem erfindungsgemäßen Beispiel wird nun die Vielfachfunkenzündung um eine Kennfeldsteuerung mit mindestens vier Feldern für die verschiedenen Betriebsarten des Verbrennungsmotors mit der jeweils geeigneten Ansteuerung für die Vielfachfunkenzündung erweitert. Das Beispiel bezieht sich auf den mageren Schichtladebetrieb und eine mögliche Variation der Zündungsvarianten innerhalb des Kennfelds.
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Stufe 1 (tp_1):
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Die Stufe zeichnet sich durch eine besonders schnelle Zündfunkenfolge und ein Abrampen der Zündenergie aus. Sie dient insbesondere für kleine bis mittlere Lasten im Schichtladebetrieb mit kurz hintereinanderfolgenden kleinen Einspritzmengen. Sie ist auch typisch für Kaltstart und Warmlaufen des Motors sowie für höhere Drehzahlen, bei denen eine schnelle Zündfolge erforderlich ist (auch im Schichtladebetrieb).
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Konkret kann die Sekundärstromschwelle im Bereich von 50 mA bis 150 mA und insbesondere von 60 mA bis 90 mA und der Faktor I_n + 1/I_n = Is_n + 1/Is_n = 0,8 bis 1,2 und insbesondere I_n + 1/I_n = Is_n + 1/Is_n = 0,9 bis 0,95 betragen.
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Die Zündungsvariante der Stufe 1 ist beispielhaft in 4 dargestellt. Es ist dort das Abrampen der Zündenergie zu erkennen. In dem Beispiel ist eine Rampe von 92,5% gewählt. Dies bedeutet, dass sowohl der Primärstrom Iprim als auch der Sekundärstrom Iseku jeweils zur nächsten Beladung auf den Wert von 92,5% sinkt. Dies hat die Auswirkung, dass die Funkendauer 7 einen mittleren Wert besitzt, während die Nachladedauer 8 gering ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Variante in Kennfeldbereichen einzelner Betriebsarten verwendet, bei denen nur kurze Zeit zündfähiges Gemisch im Zündfunkenbereich der Zündkerze vorliegt. Dies ist im Schichtladebetrieb insbesondere bei kleinen Einspritzmengen (ti_1, ..., ti_n < 250 μs und insbesondere ti_1, ..., ti_n < 180 μs) und/oder kurz aufeinanderfolgenden kleinen Einspritzmengen (Pausenzeiten < 350 μs und insbesondere Pausenzeiten < 250 μs) und/oder bei hohen Drehzahlen (n > 2000 1/min und insbesondere n > 3000 1/min) der Fall. Bei der Anwendung dieser Variante kann auch eine Kombination der drei genannten Eigenschaften (kleine Einspritzzeiten, kurze Einspritzpausen, hohe Drehzahlen) vorliegen.
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Diese Variante kann auch in Kennfeldbereichen homogener Betriebsarten angewendet werden, bei denen durch eine Mehrfachzündung mit sehr kurzen Pausen zwischen den einzelnen Zündfunken die Entflammungsphase verkürzt und/oder stabilisiert wird. Dies kann auch bei Betriebsarten mit variablem Ventilhub, variabler Ladungsbewegung, hoher AGR-Rate, homogenen mageren Gemischen und Betriebsarten zur Verbesserung des Kaltstart/Warmlaufes eingesetzt werden.
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Stufe 2 (tp_2) und Stufe 3 (tp_3):
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Diese Stufen entsprechen der Basiszündung und der ersten Variante (vergleiche 1) mit dem Faktor I2/I1 = 0,7 bis 1,1 und insbesondere 0,9 bis 0,95 und einer Sekundärstromschwelle von 50 μA bis 100 μA und insbesondere von 60 μA bis 90 μA.
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Die zweite Stufe ist gemäß 5 durch eine variable Zündfolge mit einmaliger Absenkung der Zündenergie vom ersten auf den zweiten Funken aber ohne weiteres Abrampen der Zündenergie auf alle weiteren Funken gekennzeichnet, sie dient insbesondere für mittlere bis höhere Lasten im Schichtladebetrieb des Verbrennungsmotors mit kurz hintereinander erfolgenden kleinen bis mittelgroßen Einspritzmengen. Sie ist auch typisch für Kaltstart und Warmlaufen des Motors und verschiedene homogene Betriebsarten. Im konkreten Beispiel erfolgt bei einem zweiten Funken eine Absenkung der Energie auf 95%. Im Weiteren bleibt die Zündenergie 100% gegenüber dem vorhergehenden Funken. Dies hat die Auswirkung, dass die Funkendauer einen mittleren Wert erreicht, ebenso wie die Nachladedauer.
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Die Stufe 3 hingegen ist gemäß 6 gekennzeichnet durch eine variable Zündfolge mit einmaliger tieferer Absenkung der Zündenergie vom ersten auf den zweiten Funken als bei Stufe 2, aber ohne weiteres Abrampen der Zündenergie. Sie dient ebenfalls für mittlere bis höhere Lasten im Schichtladebetrieb des Verbrennungsmotors mit kurz hintereinanderfolgenden kleinen bis mittelgroßen Einspritzmengen. Sie ist auch typisch für Kaltstart und Warmlaufen des Motors und verschiedene homogene Betriebsarten. Ebenso kann sie für Betriebszustände eingesetzt werden, bei denen die Entflammungsphase verkürzt und stabilisiert wird. Besonders kann sie aber auch für Betriebsarten mit variablem Ventilhub und mit sehr hohem AGR-Anteil der Verbrennungsluft dienen.
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Die Zündenergie des zweiten Funkens wird beispielsweise auf 90% des ersten Funkens reduziert. Dies hat dann die Auswirkungen, dass die Funkendauer ebenso wie die Nachladedauer gering sind.
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Die Stufen 2 und 3 werden also in Kennfeldbereichen einzelner Betriebsarten verwendet, bei denen sowohl für kurze Zeit zündfähiges Gemisch im Zündfunkenbereich der Zündkerze vorliegt, als auch über einen etwas längeren Zeitraum zündfähiges Gemisch im Zündfunkenbereich der Zündkerze vorliegt. Dies ist im Schichtladebetrieb insbesondere bei Einspritzmengen (ti_1, ... ti_n < 500 μs und insbesondere ti_1, ... ti_n < 300 μs), kurz aufeinanderfolgenden kleinen Einspritzmengen (Pausenzeiten < 500 μs und insbesondere Pausenzeiten < 300 μs) der Fall. Bei der Anwendung dieser Varianten kann auch eine Kombination der genannten Eigenschaften vorliegen.
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Die Stufen 2 und 3 können auch in Kennfeldbereichen homogener Betriebsarten angewendet werden, bei denen durch eine Mehrfachzündung mit kurzen Pausen zwischen den einzelnen Zündfunken die Entflammungsphase verkürzt oder stabilisiert wird. Dies kann, wie erwähnt, auch bei Betriebsarten mit variablem Ventilhub, variabler Ladungsbewegung, hoher ADR-Rate, homogenen mageren Gemischen und Betriebsarten zur Verbesserung des Kaltstarts/Warmlaufs eingesetzt werden.
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Stufe 4 (tp_4):
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Diese Stufe zeichnet sich durch eine variable Zündfolge ohne Abrampen der Zündenergie gemäß 7 aus. Die Zündfunken 1 bis n – 1 haben also die gleiche Zündenergie. Diese Stufe kann bei höheren Lasten im Schichtladebetrieb und bei Betriebsarten eingesetzt werden, bei denen sowohl im Schichtladebetrieb als auch im homogenen Betrieb des Verbrennungsmotors über eine längere Zeit größere Einspritzmengen eine starke Benetzung des Zündfunkenbereichs bewirken. Sie ist auch typisch für Kaltstart und Warmlaufen und verschiedene homogene Betriebsarten sowie Betriebsarten mit hohem AGR-Anteil in der Verbrennungsluft.
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Konkret handelt es sich bei der Stufe 4 um eine Basiszündung (vergleiche 1) mit dem Faktor I2/I1 = 0,7 bis 1,1 und insbesondere 0,90 bis 1,0 und einer Sekundärstromschwelle von 40 μA bis 150 μA und insbesondere 50 μA bis 80 μA.
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Erfindungsgemäß wird die Stufe 4, wie erwähnt, in Kennfeldbereichen des Schichtladebetriebs vorrangig dort eingesetzt, wo längere Einspritzzeiten und damit stärkere Benetzungen den Zündfunkenbereichs der Zündkerze vorherrschen und über einen längeren Zeitraum zündfähiges Gemisch im Zündfunkenbereich der Zündkerze vorliegt. Dies ist im Schichtladebetrieb insbesondere bei einzelnen größeren Einspritzmengen (ti_1 > 300 μs und insbesondere ti_1 > 400 μs), großen Lasten und/oder bei kurz aufeinanderfolgenden Einspritzmengen (Pausenzeiten < 500 μs und insbesondere Pausenzeiten < 300 μs) der Fall. Bei der Anwendung dieser Variante kann auch eine Kombination der genannten Eigenschaften vorliegen.
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Darüber hinaus kann die Variante auch in Kennfeldbereichen homogener Betriebsarten angewendet werden, bei denen durch eine Mehrfachzündung mit großen einzelnen Funkenpaketen und hohen einzelnen Funkenenergien mit etwas größeren Pausen zwischen den einzelnen Zündfunken als bei den Stufen 1 bis 3 die Entflammungsphase verkürzt und/oder stabilisiert wird. Dies kann ebenfalls bei Betriebsarten mit variablem Ventilhub, variabler Ladungsbewegung, hoher ADR-Rate, hohen mageren Gemischen und Betriebsarten zur Verbesserung des Kaltstarts/Warmlaufs eingesetzt werden.
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Durch die Kennfeldsteuerung der Vielfachfunkenzündung innerhalb aller verfügbaren Motor-Betriebsarten kann individuell auf die Belange der Zündfähigkeit des Gemisches und der Stabilität des Motorlaufs eingegangen werden, und damit der Elektrodenabbrand an der Zündkerze reduziert und die Robustheit der Zündung und damit des Motorlaufs gesteigert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Beladung
- 2
- zweite Beladung
- 3
- dritte Beladungen
- 4
- vierte Beladung
- 5
- erster Impuls
- 6a, 6b, 6c
- zweiter Impuls
- 7
- Funkendauer
- 8
- Nachladedauer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007034390 A1 [0002, 0003, 0015, 0021]
