DE102012010177A1 - Diagnostic system for determining wear of spark plug in internal combustion engine of motor car, has evaluation unit calculating overall wear of spark plug, where calculation of total wear is carried out with respect to operating parameters - Google Patents

Diagnostic system for determining wear of spark plug in internal combustion engine of motor car, has evaluation unit calculating overall wear of spark plug, where calculation of total wear is carried out with respect to operating parameters Download PDF

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DE102012010177A1
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internal combustion
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Dietmar Bertsch
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P11/00—Safety means for electric spark ignition, not otherwise provided for
    • F02P11/06—Indicating unsafe conditions

Abstract

The system (1) has an evaluation unit (2) calculating an overall wear of a spark plug as function of two operating parameters of an internal combustion engine (5) during an operating phase of the internal combustion engine for occurring instantaneous wear values of the spark plug in predetermined time intervals by summation of the instantaneous wear values. The calculation of the total wear is carried out with respect to the two operating parameters by weighing each operating parameter with a respective predetermined operating parameter weighing factor. An independent claim is also included for a method for determining wear of a spark plug in an internal combustion engine of a motor car.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diagnoseeinrichtung zur Verschleißbestimmung einer Zündkerze in einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Diagnoseeinrichtung sowie ein Verfahren zur Verschleißbestimmung einer Zündkerze in einer Brennkraftmaschine, insbesondere unter Verwendung einer solchen Diagnoseeinrichtung.The present invention relates to a diagnostic device for determining the wear of a spark plug in an internal combustion engine. The invention further relates to an internal combustion engine with such a diagnostic device and a method for determining the wear of a spark plug in an internal combustion engine, in particular using such a diagnostic device.

Bei Zündkerzen für Brennkraftmaschinen handelt es sich um Verschleißteile, welche in regelmäßigen Zeitintervallen ausgetauscht werden müssen. Eine solche Zündkerze ist üblicherweise über eine Hochspannungsleitung mit einer Zündspule verbunden, wobei die Zündspule wiederum mittels einer geeigneten Steuerleitung mit einem Steuergerät zur Ansteuerung der Zündspule elektrisch verbunden sein kann. Die Zündkerze weist ferner zwei Elektroden auf, die in einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Die beiden Elektroden sind dabei diejenigen Komponenten der Zündkerze, die den Verschleiß der Zündkerze wesentlich bestimmen. Der Elektrodenverschleiß ist dabei von verschiedenen Parametern wie beispielsweise der gefahrenen Last der verwendenden Brennkraftmaschine, der Anzahl der Funken pro Arbeitsspiel, der so genannten Funkenenergie sowie der Zeitdauer, in welcher die Funkenenergie über die Elektroden der Zündkerze fließt, abhängig.Spark plugs for internal combustion engines are wearing parts which must be replaced at regular intervals. Such a spark plug is usually connected via a high voltage line to an ignition coil, wherein the ignition coil in turn can be electrically connected by means of a suitable control line to a control unit for driving the ignition coil. The spark plug further comprises two electrodes which are arranged in a combustion chamber of the internal combustion engine. The two electrodes are those components of the spark plug, which significantly determine the wear of the spark plug. The electrode wear is dependent on various parameters such as the driven load of the internal combustion engine, the number of sparks per cycle, the so-called spark energy and the time duration in which the spark energy flows through the electrodes of the spark plug.

Im Praxisbetrieb der mit einer solchen Zündkerze ausgestatteten Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug ergibt sich damit nicht nur ein ausschließlich Fahrtstreckenabhängiges Wechselintervall für die Zündkerzen aufgrund des o. g. Elektrodenverschleißes, sondern vielmehr je nach Fahrprofil des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von den oben genannten Parametern ein stark variierender Elektrodenverschleiß und damit auch ein stark variierendes Wechselintervall für die Zündkerzen.In practical operation of the engine equipped with such a spark plug in a motor vehicle, this not only results in an exclusively travel-dependent change interval for the spark plugs due to the above-mentioned. Electrode wear, but rather depending on the driving profile of the motor vehicle in response to the above parameters, a widely varying electrode wear and thus a highly varying change interval for the spark plugs.

Fahrzeughersteller legen daher im Allgemeinen das oben genannte Zündkerzen-Wechselintervall derart fest, dass die Zündkerzen in jedem Fall rechtzeitig ausgewechselt werden, bevor diese aufgrund eines zu hohen Elektrodenverschleißes Fehlfunktionen zeigen können („worst case”-Szenario). Dies bedeutet jedoch, dass viele Zündkerzen in Kraftfahrzeugen häufig ausgewechselt werden, ohne dass die tatsächliche Verschleiß-Situation der Elektroden dies erforderlich machen würde.Therefore, vehicle manufacturers generally set the above-mentioned spark plug change interval so that the spark plugs are always replaced in good time before they can malfunction due to excessive electrode wear ("worst case" scenario). However, this means that many spark plugs in motor vehicles are replaced frequently without the actual wear situation of the electrodes would require this.

Die DE 10 2006 011 886 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Verschleißes an einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine. Die Bestimmung des Verschleißes erfolgt mittels Verschleiß-Ermittlungsmittel, welche anhand von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine einen aktuellen Verschleiß der Zündkerze berechnen und diesen zu einem Gesamtverschleißzustand der Zündkerze aufsummieren.The DE 10 2006 011 886 A1 describes an apparatus and a method for determining the wear on a spark plug of an internal combustion engine. The determination of the wear takes place by means of wear-determining means, which calculate a current wear of the spark plug on the basis of operating conditions of the internal combustion engine and summate it to a total wear condition of the spark plug.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Diagnoseeinrichtung zur Verschleißbestimmung einer Zündkerze in einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei welcher oben genannte Probleme beseitigt oder wenigstens reduziert sind.It is an object of the present invention to provide a diagnostic device for determining the wear of a spark plug in an internal combustion engine, in which the aforementioned problems are eliminated or at least reduced.

Oben genannte Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The above object is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mittels einer Diagnoseeinrichtung eine Berechnung eines Gesamtverschleißes einer Zündkerze in Abhängigkeit von wenigstens zwei Betriebsparametern mittels Gewichtung eines jeden Betriebsparameters mit einem jeweils vorbestimmten Betriebsparameter-Gewichtungsfaktor durchzuführen. Hierzu weist die erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung eine Auswertungseinheit auf, welche in Abhängigkeit von wenigstens zwei Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aus einem während einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine in einem vorbestimmten Zeitintervall auftretenden momentanen Verschleißwert der Zündkerze durch Aufsummierung wenigstens zweier solcher momentanen Verschleißwerte einen Gesamtverschleiß der Zündkerze berechnet. Mittels der erfindungsgemäßen Gewichtung der wenigstens zwei Betriebsparameter kann eine besonders genaue Verschleißbestimmung der Zündkerze erzielt werden. Die Betriebsparameter-Gewichtungsfaktoren können beispielsweise herstellerseitig im Rahmen von experimentellen Versuchen an der Zündkerze, insbesondere an deren Elektroden, gewonnen werden. Die Betriebsparameter-Gewichtungsfaktoren können dann in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine, welches die Zündkerzen ansteuert, abgelegt sein und von der erfindungsgemäßen Diagnoseeinrichtung zur Verschleißbestimmung ausgelesen werden.The invention is based on the general idea of using a diagnostic device to perform a calculation of a total wear of a spark plug as a function of at least two operating parameters by weighting each operating parameter with a respective predetermined operating parameter weighting factor. For this purpose, the diagnostic device according to the invention has an evaluation unit which calculates a total wear of the spark plug as a function of at least two operating parameters of the internal combustion engine from a momentary wear value of the spark plug occurring during an operating phase of the internal combustion engine within a predetermined time interval by summing at least two such instantaneous wear values. By means of the inventive weighting of the at least two operating parameters, a particularly accurate determination of the wear of the spark plug can be achieved. For example, the operating parameter weighting factors can be obtained by the manufacturer during experimental tests on the spark plug, in particular on its electrodes. The operating parameter weighting factors can then be stored in a control unit of the internal combustion engine, which controls the spark plugs, and can be read out by the diagnostic device according to the invention for determining wear.

Auf diese Weise ist es möglich, auch die Diagnoseeinrichtung direkt in das die Brennkraftmaschine mit der Zündkerze verwendende Kraftfahrzeug zu integrieren. Beispielsweise kann die Diagnoseeinrichtung hierfür Teil des Brennkraftmaschinen-Steuergeräts sein. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung eine ständig aktualisierte Verschleißbestimmung der Zündkerze durchführen, so dass ein ständig aktualisierter Gesamtverschleißwert der Zündkerzen zur Verfügung steht.In this way it is possible to integrate the diagnostic device directly into the motor vehicle using the internal combustion engine with the spark plug. For example, the diagnostic device may be part of the internal combustion engine control unit for this purpose. In this case, the diagnostic device according to the invention can perform a constantly updated determination of the wear of the spark plug, so that a constantly updated total wear value of the spark plugs is available.

In einer bevorzugten Ausführungsform können mittels der Gewichtung eines jeden der wenigstens zwei Betriebsparameter wenigstens zwei momentane gewichtete Verschleißwerte berechnet werden und durch Aufsummierung wenigstens zweier solcher momentaner gewichteter Verschleißwerte der Gesamtverschleiß der Zündkerze berechnet werden. Dies bedeutet, dass die Gewichtung der Betriebsparameter bereits vor dem Aufsummieren eines momentanen Verschleißwerts zu einem Gesamtverschleiß erfolgt. Auf diese Weise kann die Ermittlung des gewünschten Gesamtverschleißes auf besonders präzise Art und Weise erfolgen.In a preferred embodiment, at least two instantaneous weighted wear values may be calculated by weighting each of the at least two operating parameters and by summing at least two such instantaneous weighted wear values, the total wear of the spark plug can be calculated. This means that the weighting of the operating parameters already takes place before adding up a momentary wear value to a total wear. In this way, the determination of the desired total wear can be carried out in a particularly precise manner.

Um zu berücksichtigen, dass bei fortschreitendem Verschleiß der Elektroden der Zündkerze dieser Verschleiß pro Zeiteinheit progressiv ansteigt, kann die Aufsummierung der momentanen gewichteten Verschleißwerte zu dem Gesamtverschleiß derart erfolgen, dass jeder momentane gewichtete Verschleißwert jeweils durch Multiplikation mit einem mit der Dauer der Betriebsphase der Brennkraftmaschine progressiv zunehmenden Progressionsfaktor zu einem modifizierten gewichteten momentanen Verschleißwert multipliziert wird, so dass durch Aufsummierung aller modifizierten gewichteten momentanen Verschleißwerte ein modifizierter Gesamtverschleiß berechnet wird. Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, dass bei fortschreitendem Elektrodenverschleiß der Abstand der beiden Elektroden der Zündkerze zueinander bei ansonsten unveränderten Betriebsbedingungen progressiv ansteigt. Da mit ansteigendem Elektrodenabstand auch ein Zündspannungs-Bedarf zum Bereitstellen einer Durchbruchspannung des Zündfunkens an der Zündkerze ansteigt, erhöht sich somit auch ein Elektroden-Abbrand pro gezündetem Zündfunken, was zu dem oben genanntem zusätzlichen Elektrodenabstand und damit zu dem zusätzlichen Elektrodenverschleiß führt.To account for the fact that as the electrodes of the spark plug progressively increase in wear per unit time, summation of instantaneous weighted wear values to total wear can be accomplished such that each instantaneous weighted wear value progressively multiplies by one with the duration of the engine's operating phase multiplied by a progressive progression factor to a modified weighted instantaneous wear value so that a total modified wear is calculated by summing all modified weighted instantaneous wear values. In this way, it can be taken into account that, as the electrode wear progresses, the distance between the two electrodes of the spark plug increases progressively with otherwise unchanged operating conditions. As the spark gap requirement for providing a breakdown voltage of the spark at the spark plug increases with increasing electrode spacing, thus also an electrode burn per ignited spark increases, which leads to the above-mentioned additional electrode gap and thus to the additional electrode wear.

In einer weiterbildenden Ausführungsform kann die Diagnoseeinrichtung eine mit der Auswertungseinheit in Kommunikationsverbindung stehende und beschreibbare Speichereinheit aufweisen, in welcher jeder der wenigstens zwei Betriebsparameter-Gewichtungsfaktoren zum Auslesen durch die Auswertungseinheit abgelegt ist. Auf diese Weise stehen die Betriebsparameter-Gewichtungsfaktoren zur Berechnung des Gesamtverschleißes jederzeit zur Verfügung. Sowohl Diagnoseeinrichtung als auch Speichereinheit können, wie bereits oben erläutert, Teil eines Brennkraftmaschinen-Steuergeräts sein und somit in das die Brennkraftmaschine verwendende Kraftfahrzeug integriert werden, so dass die Diagnoseeinrichtung während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs eine ständig aktualisierte Berechnung des Gesamtverschleißes der Zündkerzen in der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs durchführen kann.In a further embodiment, the diagnostic device may have a memory unit that is in communication with the evaluation unit and writable, in which each of the at least two operating parameter weighting factors is stored for reading by the evaluation unit. In this way, the operating parameter weighting factors are available for calculating the total wear at any time. Both diagnostic device and memory unit, as already explained above, be part of an internal combustion engine control unit and thus integrated into the motor vehicle using the internal combustion engine, so that the diagnostic device during a driving operation of the motor vehicle constantly updated calculation of the total wear of the spark plugs in the internal combustion engine Car can perform.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann daran gedacht sein, dass die wenigstens zwei Betriebsparameter ein Mitglied der Gruppe

  • – Motor-Last der Brennkraftmaschine,
  • – Drehzahl der Brennkraftmaschine,
  • – Funken-Anzahl der Zündkerze pro Zeiteinheit,
  • – Elektrodenabstand der Elektroden der Brennkraftmaschine,
  • – Funkenbetriebsmodus der Brennkraftmaschine
umfassen.In a particularly preferred embodiment, it may be thought that the at least two operating parameters are a member of the group
  • Engine load of the internal combustion engine,
  • - speed of the internal combustion engine,
  • Spark number of spark plug per unit time,
  • Electrode spacing of the electrodes of the internal combustion engine,
  • - Spark operation mode of the internal combustion engine
include.

Die Motor-Last der Brennkraftmaschine kann dabei beispielsweise über eine Drehmoment-Anforderung eines Fahrers des Kraftfahrzeugs oder über ein Drehmoment-Modell oder auch über Messdaten bezüglich eines Ansaug-Luftdrucks, einer Ansaug-Temperatur und einer eingespritzten Kraftstoffmenge in die Brennkraftmaschine bestimmt werden. Als Betriebsparameter kommt alternativ auch eine aus der Motorlast und einer vorgegebenen Entladungs-Kennlinie der Zündkerze in einen bestimmten Funkenbetriebsmodus der Brennkraftmaschine berechnete Funkendauer (und daraus abgeleitet eine Funkenenergie pro Zeit) in Betracht.The engine load of the internal combustion engine can be determined, for example, via a torque requirement of a driver of the motor vehicle or via a torque model or also via measurement data relating to an intake air pressure, an intake temperature and an injected fuel quantity into the internal combustion engine. Alternatively, a spark duration calculated from the engine load and a predetermined discharge characteristic curve of the spark plug into a specific spark operating mode of the internal combustion engine (and a spark energy per time derived therefrom) can also be considered as operating parameter.

Um einen externen Benutzer auf einen möglicherweise zu hohen Gesamtverschleiß der Zündkerze hinzuweisen, kann die Diagnoseeinrichtung eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines Warnsignals umfassen, wenn der mittels der Auswertungseinheit der Diagnoseeinrichtung berechnete Gesamtverschleiß einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Grundsätzlich kann daran gedacht sein, dass ein solches Warnsignal auch eine Fehlermeldung sein kann, welche beispielsweise von der Diagnoseeinrichtung an das Brennkraftmaschinen-Steuergerät übermittelt wird, in welche die Diagnoseeinrichtung integriert ist. Das Brennkraftmaschinen-Steuergerät kann dann eine Warnmeldung, beispielsweise in Form eines optischen oder/und akustischen Signals, in dem die Brennkraftmaschine verwendenden Kraftfahrzeug an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgeben, so dass dieser darüber informiert ist, dass der Elektrodenverschleiß der Zündkerze einen bestimmten Schwellwert überschritten hat, so dass die Zündkerze ausgewechselt werden sollte.In order to alert an external user to a possibly excessive overall wear of the spark plug, the diagnostic device may comprise an output unit for outputting a warning signal when the total wear calculated by means of the evaluation unit of the diagnostic device exceeds a predetermined threshold value. In principle, it can be thought that such a warning signal can also be an error message, which is transmitted for example from the diagnostic device to the engine control unit, in which the diagnostic device is integrated. The engine control unit can then issue a warning message, for example in the form of an optical and / or acoustic signal in which the motor vehicle using the internal combustion engine to the driver of the motor vehicle, so that it is informed that the electrode wear of the spark plug has exceeded a certain threshold so that the spark plug should be replaced.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verschleißbestimmung einer Zündkerze in einer Brennkraftmaschine, insbesondere unter Verwendung einer Diagnoseeinleitung mit einem oder mehreren der vorhergehend genannten Merkmale, gemäß welchem in Abhängigkeit von wenigstens zwei Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aus einem während einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine in einem vorbestimmten Zeitintervall auftretenden momentanen Verschleißwert der Zündkerze durch Aufsummierung wenigstens zweier solcher momentaner Verschleißwerte ein Gesamtverschleiß der Zündkerze berechnet wird, wobei die Berechnung des Gesamtverschleißes in Abhängigkeit von den wenigstens zwei Betriebsparametern mittels Gewichtung eines jeden Betriebsparameters mit einem jeweils vorbestimmten Betriebsparameter-Gewichtungsfaktor erfolgt.The present invention also relates to a method for determining the wear of a spark plug in an internal combustion engine, in particular using a diagnostic introduction with one or more of the aforementioned features, according to which at least two operating parameters of the internal combustion engine during a phase of operation of the internal combustion engine in a predetermined time interval total wear of the spark plug is calculated by accumulating at least two such instantaneous wear values, the calculation of the total wear depending on the at least two operating parameters by weighting each operating parameter with a respective predetermined operating parameter weighting factor.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:In each case show schematically:

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Diagnoseeinrichtung, 1 an embodiment of the diagnostic device according to the invention,

2 eine grobschematische Darstellung einer Zündkerze, 2 a rough schematic representation of a spark plug,

3 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verschleißbestimmung einer Zündkerze. 3 a flow chart of the inventive method for determining the wear of a spark plug.

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung dargestellt und mit 1 bezeichnet. Die Diagnoseeinrichtung 1 umfasst eine Auswertungseinheit 2 und kann zudem eine Speichereinheit 3 umfassen, welche mit der Auswertungseinheit 2 in Kommunikationsverbindung steht und beschreibbar ist. Die Diagnoseeinrichtung 1 wiederum kann Teil eines Brennkraftmaschinen-Steuergeräts 4 sein oder separat zu diesem ausgebildet sein und, wie in der 1 gezeigt, mit diesem in Kommunikationsverbindung stehen. Das Steuergerät 4 übernimmt alle zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine 5 erforderlichen Aufgaben. Die Brennkraftmaschine 5 ist in der 1 nur grobschematisch dargestellt und kann eine Zündkerze 6 umfassen, welche in einem Brennraum 7 der Brennkraftmaschine 5 angeordnet ist.In the 1 a diagnostic device according to the invention is shown and with 1 designated. The diagnostic device 1 includes an evaluation unit 2 and may also be a storage unit 3 comprising, which with the evaluation unit 2 is in communication connection and is writable. The diagnostic device 1 in turn, may be part of an engine control unit 4 be or separately trained for this and, as in the 1 shown to be in communication with this. The control unit 4 takes over all to control an internal combustion engine 5 required tasks. The internal combustion engine 5 is in the 1 only roughly sketched and can a spark plug 6 which consist in a combustion chamber 7 the internal combustion engine 5 is arranged.

Die Zündkerze 6 ist in der Darstellung der 2 genauer dargestellt und umfasst eine Zündspule 8, welche mittels einer Steuerleitung 9 mit dem Steuergerät 4 verbunden ist. Die Zündspule 8 erzeugt einen Hochspannungs-Impuls, welcher über eine Hochspannungsleitung 10 mit der eigentlichen Zündkerze 6 verbunden ist. Die Zündkerze 6 weist zwei Elektroden 11, 12 auf. Der von der Zündspule 8 erzeugte Hochspannungs-Impuls wird über die Hochspannungsleitung 10 an die Zündkerze 6 weitergegeben, so dass zwischen den beiden Elektroden 11, 12 der gewünschte Zündfunke erzeugt werden kann, der zur Entzündung eines in einem Brennraum 7 der Brennkraftmaschine 5 (vgl. 1) eingebrachten Luft-Benzin-Gemisches dient. Bei der in den 1 und 2 gezeigten Konfiguration handelt es sich um einen in modernen Kraftfahrzeugen verwendeten Aufbau, wobei in der Darstellung der 1 und 2 die relevanten Komponenten nur grobschematisch und stark vereinfacht dargestellt werden.The spark plug 6 is in the representation of 2 shown in more detail and includes an ignition coil 8th , which by means of a control line 9 with the control unit 4 connected is. The ignition coil 8th generates a high voltage pulse, which is transmitted through a high voltage line 10 with the actual spark plug 6 connected is. The spark plug 6 has two electrodes 11 . 12 on. The one from the ignition coil 8th generated high-voltage pulse is transmitted through the high voltage line 10 to the spark plug 6 passed so that between the two electrodes 11 . 12 the desired spark can be generated, which ignites one in a combustion chamber 7 the internal combustion engine 5 (see. 1 ) introduced air-gasoline mixture serves. In the in the 1 and 2 shown configuration is a construction used in modern motor vehicles, wherein in the representation of 1 and 2 the relevant components are shown only roughly schematic and greatly simplified.

Bei der Auslösung eines Zündfunkens zwischen den beiden Elektroden 11, 12 ist der Abstand D zwischen den beiden Elektroden 11, 12 von entscheidender Bedeutung. Bereits kleine Änderungen des Abstands D oder Veränderungen der geometrischen Ausgestaltung der Elektroden 11, 12, insbesondere deren Oberflächen, können zu einem deutlich veränderten Verhalten der Zündkerze 6 führen. Mit zunehmender Betriebsdauer und damit mit zunehmender von der Zündkerze 6 erzeugten Anzahl von Funken zwischen den Elektroden 11, 12 wird zunehmend ein Elektrodenmaterial der Elektroden 11, 12 aufgrund der erzeugten Zündfunken abgetragen, so dass sich der Abstand D zwischen den beiden Elektroden 11, 12 stetig vergrößert. Ein solcher Erosionsprozess des Elektrodenmaterials der beiden Elektroden 11, 12 stellt einen Verschleiß der beiden Elektroden 11, 12 der Zündkerze 6 dar. Der Elektrodenverschleiß ist dabei stark abhängig von einer Motorlast der die Zündkerze verwendenden Brennkraftmaschine abhängig; aber auch eine Funkenanzahl pro Arbeitsspiel, die zur Erzeugung eines Zündfunkens erforderliche Funkenenergie, sowie eine Zeitdauer des Zündfunkens sind wesentliche Parameter, welche den Erosionsprozess des Elektrodenmaterials und damit den Verschleiß der Elektroden 11, 12 entscheidend beeinflussen.When triggering a spark between the two electrodes 11 . 12 is the distance D between the two electrodes 11 . 12 crucial. Even small changes in the distance D or changes in the geometric configuration of the electrodes 11 . 12 , in particular their surfaces, can lead to a significantly changed behavior of the spark plug 6 to lead. With increasing operating time and thus with increasing of the spark plug 6 generated number of sparks between the electrodes 11 . 12 is increasingly an electrode material of the electrodes 11 . 12 removed due to the spark generated, so that the distance D between the two electrodes 11 . 12 steadily increased. Such an erosion process of the electrode material of the two electrodes 11 . 12 represents a wear of the two electrodes 11 . 12 the spark plug 6 The electrode wear is highly dependent on an engine load of the internal combustion engine using the spark plug; but also a number of sparks per working cycle, the spark energy required to produce a spark, as well as a duration of the spark are essential parameters which the erosion process of the electrode material and thus the wear of the electrodes 11 . 12 decisively influence.

Weitere wichtige Betriebsparameter sind neben der Motorlast der Brennkraftmaschine 5 auch die Drehzahl der Brennkraftmaschine 5, eine Funkenanzahl der Zündkerze 6 pro Zeiteinheit sowie ein sog. Funken-Betriebsmodus der Brennkraftmaschine 5. Other important operating parameters are in addition to the engine load of the internal combustion engine 5 also the speed of the internal combustion engine 5 , a spark number of the spark plug 6 per unit of time as well as a so-called spark operating mode of the internal combustion engine 5 ,

Mittels der erfindungsgemäßen Diagnoseeinrichtung 1 kann nun ständig der Gesamtverschleiß der Zündkerze 6 in der Brennkraftmaschine 5 berechnet werden. In der Darstellung der 3 ist hierzu das Berechnungsverfahren zur erfindungsgemäßen Gesamtverschleißbestimmung der Brennkraftmaschine 5 in der Art eines Ablaufdiagramms genauer dargestellt.By means of the diagnostic device according to the invention 1 can now constantly the overall wear of the spark plug 6 in the internal combustion engine 5 be calculated. In the presentation of the 3 this is the calculation method for determining the total wear of the internal combustion engine according to the invention 5 shown in more detail in the manner of a flowchart.

In einem ersten Schritt 100 werden der Auswertungseinheit 2 der Diagnoseeinrichtung 1 während einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine 5 als Eingangsparameter die Funkenenergie F, die momentane Motorlast L sowie die momentane Motordrehzahl N der Brennkraftmaschine 5 zugeführt. Für die drei Betriebsparameter L, N und F sind in der Speichereinheit 3 der Diagnoseeinrichtung 1 erfindungsgemäß jeweilige Betriebsparameter-Gewichtungsfaktoren abgelegt, welche der Auswertungseinheit 2 über die Kommunikationsverbindung mit der Speichereinheit 3 zugeführt werden.In a first step 100 become the evaluation unit 2 the diagnostic device 1 during an operating phase of the internal combustion engine 5 as input parameters the spark energy F, the instantaneous engine load L and the instantaneous Engine speed N of the internal combustion engine 5 fed. For the three operating parameters L, N and F are in the memory unit 3 the diagnostic device 1 according to the invention stored respective operating parameter weighting factors, which the evaluation unit 2 via the communication connection with the storage unit 3 be supplied.

Diese Betriebsparameter-Gewichtungsfaktoren sind in der 3 als GL, GN und GF bezeichnet und beziehen sich somit entsprechend auf die momentane Motorlast L bzw. die momentane Motordrehzahl N der Brennkraftmaschine 5 sowie die Funkenenergie F der Zündkerze 6.These operating parameter weighting factors are in the 3 G L , G N and G F and thus refer to the current engine load L and the current engine speed N of the internal combustion engine accordingly 5 and the spark energy F of the spark plug 6 ,

In Kenntnis der Parameter L, N und F sowie der Gewichtungsfaktoren GL, GN und GF kann nun in dem ersten Verfahrensschritt 100 der in einem vorbestimmten Zeitintervall Δt0 auftretende momentane gewichtete Verschleißwert 101 der Zündkerze 6 mittels der erfindungsgemäßen Gewichtung der Betriebsparameter berechnet werden. Wie die Berechnung in Schritt 100 erfolgt, ist dabei nicht von konkreter Bedeutung. Beispielsweise kann aus der Motorlast L und der Motordrehzahl N die Temperatur der Elektroden 11, 12 und daraus ein Elektrodenmaterial-Abtrag pro Funken in Abhängigkeit von der Temperatur der Elektroden 11, 12 und der Funkenenergie F berechnet werden. Alternativ kann auch daran gedacht sein, dass der momentane gewichtete Verschleißwert 101 direkt aus der Motorlast L und der Motordrehzahl N berechnet wird, wobei diese vereinfachte Berechnungsmethode entsprechend mit einem größeren Berechnungsfehler behaftet ist. Die momentane Motorlast L, die momentane Motordrehzahl N und die Funkenenergie F können dabei kontinuierlich mittels des Steuergeräts 4 bestimmt werden und an die Diagnoseeinrichtung 1 übermittelt werden. Die Betriebsparameter-Gewichtungsfaktoren GL, GN, GF können herstellerseitig, beispielsweise durch geeignete Tests, bestimmt werden und vor Auslieferung des Kraftfahrzeugs, welches die Brennkraftmaschine 5 mit dem Steuergerät 4 und der Diagnoseeinrichtung 1 verwendet, in der beschreibbaren Speichereinheit 3 abgelegt werden, so dass sie für den Berechnungsschritt 100 zur Verfügung stehen.In the knowledge of the parameters L, N and F and the weighting factors G L , G N and G F can now in the first process step 100 the instantaneous weighted wear value occurring in a predetermined time interval Δt 0 101 the spark plug 6 be calculated by means of the inventive weighting of the operating parameters. Like the calculation in step 100 is not of concrete significance. For example, the engine load L and the engine speed N may be the temperature of the electrodes 11 . 12 and from this an electrode material removal per spark as a function of the temperature of the electrodes 11 . 12 and the spark energy F are calculated. Alternatively, it may also be thought that the instantaneous weighted wear value 101 is calculated directly from the engine load L and the engine speed N, this simplified calculation method being correspondingly associated with a larger calculation error. The instantaneous engine load L, the instantaneous engine speed N and the spark energy F can thereby be continuously monitored by means of the control unit 4 be determined and to the diagnostic device 1 be transmitted. The operating parameter weighting factors G L , G N , G F can be determined by the manufacturer, for example by suitable tests, and prior to delivery of the motor vehicle, which the internal combustion engine 5 with the control unit 4 and the diagnostic device 1 used in the writable storage unit 3 be filed so that they are for the calculation step 100 be available.

In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird nun durch Summation von wenigstens zwei momentanen gewichteten Verschleißwerten 101 ein Gesamtverschleiß 103 berechnet. Im Praxisbetrieb der Brennkraftmaschine 5 werden nicht nur zwei momentane gewichtete Verschleißwerte 101 summiert; es ist klar, dass die Summation vielmehr über eine Vielzahl solcher momentaner gewichteter Verschleißwerte erfolgt. Auf diese Weise kann ein ständig aktueller Wert des aktuellen Gesamtverschleißes im Praxisbetrieb der Brennkraftmaschine 5 berechnet werden. Mathematisch kann eine derartige Aufsummierung auch als Integration des momentanen gewichteten Verschleißwerts über die Zeit zu dem gewünschten Gesamtverschleiß angesehen werden.In a second process step 102 is now calculated by summation of at least two instantaneous weighted wear values 101 a total wear 103 calculated. In practical operation of the internal combustion engine 5 not just two instantaneous weighted wear values 101 summed; it is clear that the summation takes place over a large number of such instantaneous weighted wear values. In this way, a constantly current value of the current total wear in the practical operation of the internal combustion engine 5 be calculated. Mathematically, such a summation may also be considered to integrate the instantaneous weighted wear value over time to the desired total wear.

Die im Praxisbetrieb der Brennkraftmaschine 5 iterativ erfolgende Aufsummierung der momentanen gewichteten Verschleißwerte 101 ist in der 3 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 104 angedeutet. Während der Aufsummation bzw. Aufintegration der momentanen gewichteten Verschleißwerte 101 kann in einer Variante des Ausführungsbeispiels in einem Schritt 105 überprüft werden, ob der berechnete Gesamtverschleißwert 103 einen vorbestimmten Schwellwert S überschreitet. Falls dies der Fall ist, kann dann in einem Schritt 106 ein Warnsignal ausgegeben werden.The in practice of the internal combustion engine 5 Iteratively accumulating the current weighted wear values 101 is in the 3 by an arrow with the reference numeral 104 indicated. During the summation or integration of the current weighted wear values 101 can in a variant of the embodiment in one step 105 to check whether the calculated total wear value 103 exceeds a predetermined threshold value S. If so, then in one step 106 a warning signal will be issued.

Mit Warnsignal kann dabei grundsätzlich eine Übermittlung einer entsprechenden Fehlermeldung an das Steuergerät 4 gemeint sein, welches dann beispielsweise über ein akustisches oder optisches Warnsignal das Überschreiten des Schwellwerts S anzeigt.In principle, a warning signal can transmit a corresponding error message to the control unit 4 be meant, which then indicates, for example via an audible or visual warning signal exceeding the threshold value S.

In einer weiterbildenden Variante kann die Diagnoseeinrichtung 1 aber auch eine geeignete Ausgabeeinheit 13 aufweisen, mittels welcher ein geeignetes Warnsignal, insbesondere ein akustisches oder optisches Signal, erzeugt werden kann (vgl. 1). Die Ausgabe eines derartigen Warnsignals bzw. eines derartigen Fehlercodes kann anzeigen, dass eine vorbestimmte Verschleißgrenze bei der Zündkerze 6 überschritten wurde und folglich die Zündkerze 6 ausgetauscht werden sollte, um Fehlfunktionen der Zündkerze 6 in der Brennkraftmaschine 5 aufgrund eines zu weit fortgeschrittenen Verschleißes der Elektroden 11, 12 auszuschließen.In a further development variant, the diagnostic device 1 but also a suitable output unit 13 by means of which a suitable warning signal, in particular an acoustic or optical signal, can be generated (cf. 1 ). The output of such a warning signal or error code may indicate that a predetermined wear limit exists in the spark plug 6 was exceeded and consequently the spark plug 6 should be replaced to malfunction the spark plug 6 in the internal combustion engine 5 due to too advanced wear of the electrodes 11 . 12 excluded.

Es ist klar, dass in Varianten anstelle der in der 1 gezeigten Betriebsparameter L, F, N (Motorlast, Motordrehzahl des Motors, Funkenenergie) auch andere Betriebsparameter wie zum Beispiel eine Funkenanzahl der Zündkerze pro Zeiteinheit, der Elektrodenabstand der Elektroden 11, 12 der Brennkraftmaschine 5 oder ein Funkenbetriebsmodus der Brennkraftmaschine 5 zur Berechnung des momentanen gewichteten Verschleißwerts 101 herangezogen werden können, wobei für diese Betriebsparameter dann auch entsprechende Betriebsparameter-Gewichtungsfaktoren bereitgestellt werden können.It is clear that in variants instead of in the 1 shown operating parameters L, F, N (engine load, engine speed of the engine, spark energy) and other operating parameters such as a spark plug number of spark plugs per unit time, the electrode spacing of the electrodes 11 . 12 the internal combustion engine 5 or a spark operation mode of the internal combustion engine 5 to calculate the instantaneous weighted wear value 101 can be used, which then operating parameters weighting factors can be provided for these operating parameters.

In einer Variante des Ausführungsbeispiels kann die Aufsummierung der momentanen gewichteten Verschleißwerte 101 zu dem Gesamtverschleiß 103 gemäß dem Verfahrensschritt 102 jeweils durch Multiplikation mit einem mit der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 5 progressiv zunehmenden Progressionsfaktor P zu einem modifizierten gewichteten momentanen Verschleißwert erfolgen, so dass durch Aufsummierung aller derart modifizierten gewichteten momentanen Verschleißwerte dann ein modifizierter Gesamtverschleiß berechnet werden kann.In a variant of the embodiment, the summation of the instantaneous weighted wear values 101 to the total wear 103 according to the method step 102 in each case by multiplication with one with the operating time of the internal combustion engine 5 progressively increasing progression factor P to a modified weighted instantaneous wear value, so that by summing all such modified weighted instantaneous wear values then a modified total wear can be calculated.

Auf diese Weise kann bei der Berechnung des Gesamtverschleißes 103 berücksichtigt werden, dass bei fortschreitendem Verschleiß der Elektroden 11, 12 der Zündkerze 6 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 5 der Abstand D zwischen den Elektroden 11, 12 ansteigt, so dass in der Folge auch ein erhöhter Zündspannungsbedarf zum Erzeugen eines Zündfunkens durch die Zündspule 8 besteht. Damit erhöht sich aber auch ein Abbrand bzw. eine Erosion der Elektroden 11, 12 und somit auch der Verschleiß der Elektroden 11, 12. Die Multiplikation mit dem Progressionsfaktor P vor der Aufsummierung (Verfahrensschritt 102) ist in der 1 mit dem Bezugszeichen 107 bezeichnet.In this way, when calculating the total wear 103 be taken into account that with progressive wear of the electrodes 11 . 12 the spark plug 6 during operation of the internal combustion engine 5 the distance D between the electrodes 11 . 12 increases, so that in the consequence also an increased ignition voltage requirement for generating a spark by the ignition coil 8th consists. But this also increases a burn-up or erosion of the electrodes 11 . 12 and thus also the wear of the electrodes 11 . 12 , The multiplication with the progression factor P before the summation (method step 102 ) is in the 1 with the reference number 107 designated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006011886 A1 [0005] DE 102006011886 A1 [0005]

Claims (8)

Diagnoseeinrichtung (1) zur Verschleißbestimmung einer Zündkerze (6) in einer Brennkraftmaschine (5), mit einer Auswertungseinheit (2), welche in Abhängigkeit von wenigstens zwei Betriebsparametern (L, F, N) der Brennkraftmaschine (5) aus einem während einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine (5) in einem vorbestimmten Zeitintervall auftretenden momentanen Verschleißwert der Zündkerze (6) durch Aufsummierung wenigstens zweier solcher momentaner Verschleißwerte einen Gesamtverschleiß (103) der Zündkerze (6) berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Gesamtverschleißes (103) in Abhängigkeit von den wenigstens zwei Betriebsparametern mittels Gewichtung eines jeden Betriebsparameters (L, F, N) mit einem jeweils vorbestimmten Betriebsparameter-Gewichtungsfaktor (GL, GF, GN) erfolgt.Diagnostic device ( 1 ) for determining the wear of a spark plug ( 6 ) in an internal combustion engine ( 5 ), with an evaluation unit ( 2 ), which in dependence on at least two operating parameters (L, F, N) of the internal combustion engine ( 5 ) from a during an operating phase of the internal combustion engine ( 5 ) occurring in a predetermined time interval instantaneous wear value of the spark plug ( 6 ) by totaling at least two such instantaneous wear values a total wear ( 103 ) of the spark plug ( 6 ), characterized in that the calculation of the total wear ( 103 ) as a function of the at least two operating parameters by weighting each operating parameter (L, F, N) with a respective predetermined operating parameter weighting factor (G L , G F , G N ). Diagnoseeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Gewichtung eines jeden der wenigstens zwei Betriebsparameter (L, F, N) wenigstens zwei momentane gewichtete Verschleißwerte (101) berechnet werden und durch Aufsummierung wenigstens zweier solcher momentaner gewichteter Verschleißwerte (101) der Gesamtverschleiß (103) berechnet wird.Diagnostic device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that by means of the weighting of each of the at least two operating parameters (L, F, N) at least two instantaneous weighted wear values ( 101 ) and by summing at least two such instantaneous weighted wear values ( 101 ) the total wear ( 103 ) is calculated. Diagnoseeinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsummierung der momentanen gewichteten Verschleißwerte (101) zu dem Gesamtverschleiß (103) derart erfolgt, dass jeder momentane gewichtete Verschleißwert (101) jeweils durch Multiplikation mit einem mit der Dauer der Betriebsphase der Brennkraftmaschine progressiv zunehmenden Progressionsfaktor zu einem modifizierten gewichteten momentanen Verschleißwert (101) multipliziert wird, so dass durch Aufsummierung aller modifizierten gewichteten momentanen Verschleißwerte ein modifizierter Gesamtverschleiß berechnet wird.Diagnostic device ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the summation of the instantaneous weighted wear values ( 101 ) to the total wear ( 103 ) such that each instantaneous weighted wear value ( 101 ) in each case by multiplication with a progressively increasing progression factor with the duration of the operating phase of the internal combustion engine to a modified weighted instantaneous wear value ( 101 ), so that by adding all modified weighted instantaneous wear values, a modified total wear is calculated. Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (1) eine mit der Auswertungseinheit (2) in Kommunikationsverbindung stehende und beschreibbare Speichereinheit (3) aufweist, in welcher jeder der wenigstens zwei Betriebsparameter-Gewichtungsfaktoren (GL, GF, GN) zum Auslesen durch die Auswertungseinheit (2) abgelegt ist.Diagnostic device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the diagnostic device ( 1 ) one with the evaluation unit ( 2 ) in communication connection and writable memory unit ( 3 ) in which each of the at least two operating parameter weighting factors (G L , G F , G N ) for reading by the evaluation unit ( 2 ) is stored. Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Betriebsparameter (L, F, N) ein Mitglied der Gruppe – Motor-Last der Brennkraftmaschine (L), – Drehzahl der Brennkraftmaschine (N), – Funken-Anzahl der Zündkerze pro Zeiteinheit, – Elektrodenabstand (D) der Elektroden der Brennkraftmaschine, – Funkenbetriebsmodus der Brennkraftmaschine umfassen.Diagnostic device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two operating parameters (L, F, N) a member of the group - engine load of the internal combustion engine (L), - speed of the internal combustion engine (N), - spark number of the spark plug per unit time, - electrode spacing (D) of the electrodes of the internal combustion engine, - spark operation mode of the internal combustion engine include. Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (1) eine Ausgabeeinheit (13) zur Ausgabe eines Warnsignals umfasst, wenn der mittels der Auswertungseinheit (2) berechnete Gesamtverschleiß (103) einen vorbestimmten Schwellwert (S) überschreitet.Diagnostic device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the diagnostic device ( 1 ) an output unit ( 13 ) for outputting a warning signal, if the by means of the evaluation unit ( 2 ) calculated total wear ( 103 ) exceeds a predetermined threshold (S). Brennkraftmaschine (5), – mit wenigstens einer Zündkerze (6) – mit einer Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Internal combustion engine ( 5 ), - with at least one spark plug ( 6 ) - with a diagnostic device ( 1 ) according to any one of the preceding claims. Verfahren zur Verschleißbestimmung einer Zündkerze (6) in einer Brennkraftmaschine (5), insbesondere unter Verwendung einer Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gemäß welchem in Abhängigkeit von wenigstens zwei Betriebsparametern (L, F, N) der Brennkraftmaschine (5) aus einem während einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine (5) in einem vorbestimmten Zeitintervall auftretenden momentanen Verschleißwert der Zündkerze (6) durch Aufsummierung wenigstens zweier solcher momentaner Verschleißwerte ein Gesamtverschleiß (103) der Zündkerze (6) berechnet wird, wobei die Berechnung des Gesamtverschleißes (103) in Abhängigkeit von den wenigstens zwei Betriebsparametern (L, F, N) mittels Gewichtung eines jeden Betriebsparameters (L, F, N) mit einem jeweils vorbestimmten Betriebsparameter-Gewichtungsfaktor (GL, GF, GN) erfolgt.Method for determining the wear of a spark plug ( 6 ) in an internal combustion engine ( 5 ), in particular using a diagnostic device ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, according to which, depending on at least two operating parameters (L, F, N) of the internal combustion engine ( 5 ) from a during an operating phase of the internal combustion engine ( 5 ) occurring in a predetermined time interval instantaneous wear value of the spark plug ( 6 ) by totaling at least two such instantaneous wear values a total wear ( 103 ) of the spark plug ( 6 ), the calculation of the total wear ( 103 ) as a function of the at least two operating parameters (L, F, N) by weighting each operating parameter (L, F, N) with a respective predetermined operating parameter weighting factor (G L , G F , G N ).
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