DE102014215369A1 - Zündsystem und Verfahren zum Steuern eines Zündsystems für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine - Google Patents

Zündsystem und Verfahren zum Steuern eines Zündsystems für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine Download PDF

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Tim Skowronek
Thomas Pawlak
Joerg Eichhorn
Wolfgang Sinz
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es werden ein Zündsystem sowie ein Verfahren zum Steuern eines Zündsystems für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem Primärspannungserzeuger zum Erzeugen eines Zündfunkens und einem Hochsetzsteller zum Aufrechterhalten eines Zündfunkens vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Senden eines Signals (t3) von einem Motorsteuergerät an das Zündsystem, um einen vorbestimmten Zündzeitpunkt zur Auslösung eines Zündfunkens zu bestimmen, – Senden eines weiteren Signals (t3) von dem Motorsteuergerät an das Zündsystem, um einen vorbestimmten weiteren Zündzeitpunkt zur Auslösung eines weiteren Zündfunkens zu bestimmen, und – Senden eines Steuersignals (t1, t2, t4, t5) zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers von dem Motorsteuergerät an das Zündsystem zwischen dem Signal (t3) und dem weiteren Signal (t3).

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Zündsystem für Verbrennungskraftmaschinen, an welches erhöhte Anforderungen durch (Hoch-)aufladung und verdünnte, schwer entflammbare Gemische (λ>>1, Mager-Schichtkonzepte, hohe AGR-Raten) bestehen.
  • GB717676 zeigt einen Step-Up-Transformator für ein Zündsystem, bei welchem ein über einen Vibrationsschalter gesteuerter Schaltungsteil nach Art eines Hochsetzstellers verwendet wird, um einen über den Step-Up-Transformator erzeugten Funken mit elektrischer Energie zu versorgen.
  • WO 2009/106100 A1 zeigt eine entsprechend einem Hochspannungs-Kondensator-Zündsystem aufgebaute Schaltungsanordnung, bei welcher in einem Kondensator gespeicherte Energie einerseits auf die Primärseite eines Transformators und andererseits über einen Bypass mit einer Diode auf eine Funkenstrecke geleitet wird.
  • US 2004/000878 A1 zeigt ein Zündsystem, bei welchem ein sekundärseitiger, mehrere Kondensatoren umfassender Speicher aufgeladen wird, um einen mittels eines Transformators erzeugten Funken mit elektrischer Energie zu versorgen.
  • WO9304279 A1 zeigt ein Zündsystem mit zwei Energiequellen. Eine Energiequelle überträgt elektrische Energie über einen Transformator an eine Funkenstrecke, während die zweite Energiequelle zwischen einem sekundärseitigen Anschluss des Transformators und der elektrischen Masse angeordnet ist.
  • DE 10 2013 218 227 A1 offenbart ein Zündsystem, bei welchem ein Hochspannungserzeuger einen Zündfunken erzeugt, welcher anschließend durch einen Hochsetzsteller mit elektrischer Energie versorgt und aufrechterhalten wird.
  • Bekanntermaßen basieren Zündsysteme für Verbrennungskraftmaschinen auf einem Hochspannungserzeuger, beispielsweise einem Aufwärtstransformator, mittels welchem aus der Fahrzeugbatterie bzw. einem Generator stammende Energie auf hohe Spannungen gewandelt wird, mittels welcher eine Funkenstrecke versorgt wird, um brennfähiges Gemisch in der Verbrennungskraftmaschine zu entzünden. Hierzu wird ein durch den Aufwärtstransformator fließender Strom abrupt unterbrochen, worauf die im Magnetfeld des Aufwärtstransformator gespeicherte Energie sich in Form eines Funkens entlädt.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch eine geeignete Beeinflussung des Zusammenspiels zwischen dem Primärspannungserzeuger und dem Hochsetzsteller das Verfahren hinsichtlich mehrerer Parameter verbessert werden kann. Für die entsprechende Ansteuerung sind indes noch keine Vorschläge im Stand der Technik bekannt. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den vorstehend identifizierten Bedarf zu stillen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Steuern eines Zündsystems für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine gelöst. Das Zündsystem umfasst einen Primärspannungserzeuger zum Erzeugen eines Zündfunkens und einen Hochsetzsteller zum Aufrechterhalten des Zündfunkens. In einem ersten Schritt wird ein Signal von einem Motorsteuergerät an das Zündsystem gesendet, um einen vorbestimmten Zündzeitpunkt zur Auslösung eines Zündfunkens zu bestimmen. Dieser Zündfunke ist beispielsweise ein Hauptzündfunke bzw. ein alleiniger Zündfunke zur Entflammung des im Brennraum vorhandenen zündfähigen Gemisches. Zudem wird ein weiteres Signal von dem Motorsteuergerät an das Zündsystem gesendet, um einen vorbestimmten weiteren Zündzeitpunkt zur Auslösung eines weiteren Zündfunkens zu bestimmen. Der weitere Zündfunke kann eine identische Funktion wie der vorgenannte Zündfunke haben, jedoch zu einem späteren Arbeitstakt (z.B. 720° Kurbelwellenwinkel später) erzeugt werden. Erfindungsgemäß wird ein Steuersignal zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers von dem Motorsteuergerät an das Zündsystem gesendet, nachdem das erste Signal und bevor das weitere Signal an das Zündsystem gesendet werden. Zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers können zusätzlich auch vor dem ersten Signal weitere Signale gesendet werden, welche Einfluss auf die Betriebsweise des Zündsystems im aktuellen Zündzyklus ermöglichen. Das Steuersignal ist nicht (bzw. nicht alleinig) zur Definition eines Zündzeitpunktes bzw. zur Auslösung eines Zündfunkens eingerichtet, da der Hochsetzsteller in erster Linie zur Versorgung eines bereits erzeugten Zündfunkens mit elektrischer Energie dient. Durch die vorgeschlagene zeitliche Abfolge ergeben sich je nach Ausgestaltung unterschiedliche Vorteile beim Betrieb eines oben genannten Zündsystems.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Die Signale und das zumindest eine Steuersignal, welches zwischen den Signalen an das Zündsystem gesendet wird, können über ein identisches Signal (z.B. eine elektrische Leitung) vom Motorsteuergerät an das Zündsystem gelangen. Dies stellt eine besonders einfache Topologie dar, welche Material-, Kosten- und Gewichtsvorteile mit sich bringt. Auch der Anschluss des Motorsteuergeräts an das Zündsystem bzw. die Informationsübertragung zwischen beiden Einheiten kann einfach (beispielsweise gemäß dem Stand der Technik) erfolgen.
  • Das Steuersignal kann im Wesentlichen einen identischen High-Pegel wie das jeweilige Signal zur Bestimmung des Zündzeitpunktes aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuersignal gegenüber den Signalen zur Bestimmung des Zündzeitpunktes einen verminderten elektrischen Pegel, z.B. einen sog. „Low-Pegel, welcher als Pause zwischen zwei High-Pegel-Signalen verstanden werden kann, aufweisen. Dies vereinfacht die elektrische Auswertung der Signale und erhöht die Störsicherheit gegenüber eingestreuten elektromagnetischen Signalen.
  • Die Betriebsweise des Hochsetzstellers kann beispielsweise über einen Zeitpunkt und/oder eine Zeitdauer des Anliegens des zumindest einen Steuersignals beeinflusst werden. Je nach dem, zu welchem Zeitpunkt das Steuersignal (beispielsweise gemessen über dem Kurbelwinkel und/oder gemessen relativ zu den Signalen zur Definition des Zündzeitpunktes) an das Zündsystem gesendet wird, kann beispielsweise ein Einschaltzeitpunkt des Hochsetzstellers, eine Ausgangsleistung des Hochsetzstellers o.ä., definiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Zeitdauer eines High-Pegels bzw. eines Low-Pegels die Betriebsweise des Hochsetzstellers beeinflussen. Je nach dem, welcher der Aspekte der Betriebsweise des Hochsetzstellers durch die vorgenannten Parameter des Steuersignals beeinflusst wird, kann sich die Auswertung des Steuersignals stark vereinfachen bzw. die Veränderung des Betriebsparameters des Hochsetzstellers unmittelbar aus dem Zeitpunkt / der Zeitdauer des Steuersignals ergeben. Eine umfangreiche Auswertung des Steuersignals kann vorteilhafterweise ausbleiben.
  • Beispielsweise kann die Betriebsweise des Hochsetzstellers über eine (zeitliche) Position einer Flanke (z.B. steigende Flanke eines High-Pegels und/oder fallende Flanke eines High-Pegels) ergeben. Auch können beide Flanken eines gemeinsamen Pegels des Steuersignals zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers verwendet werden. Eine solche Auswertung ist schaltungstechnisch besonders einfach und störsicher möglich.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Betriebsweise des Hochsetzstellers durch eine Auswertung einer Anzahl von Pulsen beeinflusst werden, welche als Teil des Steuersignals an das Zündsystem gesendet werden. Beispielsweise können steigende Flanken und/oder fallende Flanken von Pulsen gezählt werden und im Ansprechen auf die ermittelte Anzahl die Betriebsweise des Hochsetzstellers in vordefinierter Art und Weise geändert werden. Beispielsweise kann die Anzahl von Pulsen über einen auszugebenden Leistungspegel und/oder über eine Zeitverzögerung eines Betriebsbeginns des Hochsetzstellers gegenüber dem Einschaltzeitpunkt des Primärspannungserzeugers entscheiden. Auch diese Art der Informationsübermittlung ist schaltungstechnisch einfach auswertbar und störunanfällig realisierbar.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Betriebsweise des Hochsetzstellers in Abhängigkeit der Höhe eines High-Pegels des zumindest einen Steuersignals beeinflusst werden. Insbesondere eine energiebezogene Größe (Strom, Spannung, Leistung) des Hochsetzstellers kann unmittelbar über die Höhe des High-Pegels eingestellt werden. Insbesondere bei der Verwendung stufenloser Pegel kann eine exakte Justierung einer Ausgangsgröße des Hochsetzstellers vorgenommen werden.
  • Die Betriebsweise des Hochsetzstellers kann beispielsweise in Form einer Zeitverzögerung zwischen einem Einschalten des Primärspannungserzeugers und einem Einschalten des Hochsetzstellers durch das Steuersignal beeinflusst werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Ausgangsleistung des Hochsetzstellers als Parameter der Betriebsweise angepasst werden. Die Leistung kann beispielsweise durch die Anpassung eines Tastverhältnisses und/oder Schaltfrequenz des Hochsetzstellers angepasst werden. Auch ein Abschaltzeitpunkt und/oder ein Betriebsbeginn des Hochsetzstellers können als Parameter der Betriebsweise angepasst werden. Der Betriebsbeginn des Hochsetzstellers kann dabei beispielsweise zur Unterdrückung eines Einschaltfunkens durch den Primärspannungserzeuger verschoben werden. In diesem Fall wird vor oder zumindest zeitgleich mit dem Einschalten des Primärspannungserzeugers eine der Ausgangsspannung des Primärspannungserzeugers entgegengesetzt gerichtete Ausgangsspannung mittels des Hochsetzstellers erzeugt. An der Funkenstrecke überlagern sich die vorgenannten Spannungen daher ungleichnamig, wodurch ein zu diesem Zeitpunkt unerwünschter Zündfunke unterdrückt wird.
  • Selbstverständlich können mehrere Steuersignale zwischen dem ersten Signal und dem weiteren Signal gesendet werden, um das Zündsystem zur Beeinflussung weiterer Parameter der Betriebsweise des Hochsetzstellers zu veranlassen. Jeder der vorstehend genannten Parameter der Betriebsweise kann einzeln und/oder in Kombination mit weiteren Parametern durch einzelne Flanken und/oder Pegel und/oder Anzahlen und/oder Zeitdauern von Steuersignalen angepasst werden. Auf diese Weise ergeben sich weitreichende Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung einer mit dem Zündsystem ausgestatteten Brennkraftmaschine sowie zur Senkung ihres Kraftstoffverbrauches. Mit anderen Worten kann jedes weitere Steuersignal einen oder mehrere der vorgenannten Betriebsparameter des Hochsetzstellers bzw. des Zündsystems definieren.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zündsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welches einen Primärspannungserzeuger (z.B. einen herkömmlichen Zündtrafo) zum Erzeugen eines Zündfunkens umfasst. Zum Aufrechterhalten des Zündfunkens ist ein Hochsetzsteller vorgesehen, der ausgangsseitig in einer elektrische Masche mit der Funkenstrecke einer Zündkerze liegt. Zudem sind eine Auswerteeinheit und ein Signaleingang im Zündsystem vorgesehen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, über den Signaleingang erhaltene Signale auszuwerten. So ist die Auswerteeinheit eingerichtet, ein Signal von einem Motorsteuergerät zur Bestimmung eines vorbestimmten Zündzeitpunktes zur Auslösung eines Zündfunkens zu empfangen und auszuwerten. Zusätzlich ist die Auswerteeinheit eingerichtet, ein Signal von einem Motorsteuergerät zur Bestimmung eines weiteren vorbestimmten Zündzeitpunktes zur Auslösung eines weiteren Zündfunkens zu empfangen und auszuwerten. Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinheit weiter eingerichtet, zwischen den vorgenannten Signalen zur Bestimmung eines Zündzeitpunktes ein Steuersignal zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers von dem Motorsteuergerät zu empfangen und auszuwerten. Nach erfolgter Auswertung kann die Auswerteeinheit die Betriebsparameter des Hochsetzstellers entsprechend einem Verfahren anpassen, wie es oben in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt im Detail beschrieben worden ist. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile ergeben sich entsprechend.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motorsteuergerät zum Steuern eines Zündsystems für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Das Zündsystem umfasst einen Primärspannungserzeuger zum Erzeugen eines Zündfunkens und einen Hochsetzsteller zum Aufrechterhalten des Zündfunkens. Beispielsweise ist das durch das erfindungsgemäße Motorsteuergerät angesteuerte Zündsystem also entsprechend dem zweitgenannten Erfindungsaspekt ausgestaltet. Das Motorsteuergerät ist erfindungsgemäß eingerichtet, ein Signal an das Zündsystem zur Bestimmung eines vorbestimmten Zündzeitpunktes zur Auslösung eines Zündfunkens in einem ersten Arbeitstakt über einen Signalausgang zu senden und ein weiteres Signal an das Zündsystem zur Bestimmung eines weiteren vorbestimmten Zündzeitpunktes zur Auslösung eines weiteren Zündfunkens über den Signalausgang zu senden. Der weitere Zündzeitpunkt kann beispielsweise in einem 720° Kurbelwinkel späteren Arbeitspunkt erzeugt werden. Erfindungsgemäß ist das Motorsteuergerät weiter eingerichtet, über denselben Signalausgang ein Steuersignal zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers zwischen dem Signal und dem weiteren Signal an das Zündsystem zu senden. Auf diese Weise kann das Motorsteuergerät direkt Einfluss auf die Vorgänge innerhalb des erfindungsgemäß ausgestalteten Zündsystems nehmen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit den vorstehend genannten Erfindungsaspekten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System bzw. eine Anordnung vorgeschlagen, welche ein Zündsystem gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt und ein Motorsteuergerät gemäß dem drittgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Der Signalausgang des Motorsteuergerätes ist informationstechnisch mit einem Signaleingang des Zündsystems verbunden, so dass eine derart ausgestattete Brennkraftmaschine hinsichtlich Effizienz, Kraftstoffverbrauch, Elektrodenerosion und anderer Parameter umfangreich optimiert werden kann. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Anordnung eingerichtet, ein Verfahren gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt auszuführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
  • 1 ein Schaltbild gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündsystems;
  • 2 Zeitdiagramme von Signalen und Steuersignalen bei dem Betrieb eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung bei der Ausführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 3 eine Veranschaulichung eines Einflusses einer erhöhten Brennspannung auf das erforderliche Leistungsniveau eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zündsystems; und
  • 4 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine Schaltung eines Zündsystems 1, welches einen Aufwärtstransformator 2 als Hochspannungserzeuger umfasst, dessen Primärseite 3 aus einer elektrischen Energiequelle 5 über einen ersten Schalter 30 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Die Sekundärseite 4 des Aufwärtstransformators 2 wird über eine induktive Kopplung der Primärspule 8 und der Sekundärspule 9 mit elektrischer Energie versorgt und weist eine aus dem Stand der Technik bekannte Diode 23 zur Einschaltfunkenunterdrückung auf, wobei diese Diode 23 alternativ durch die Diode 21 ersetzt werden kann. In einer Masche mit der Sekundärspule 9 und der Diode 23 ist eine Funkenstrecke 6 gegen Masse 14 vorgesehen, über welche der Zündstrom i2 das brennfähige Gasgemisch entflammen soll. Erfindungsgemäß ist ein Hochsetzsteller 7 zwischen der elektrischen Energiequelle 5 und der Sekundärseite 4 des Aufwärtstransformators 2 vorgesehen. Hierzu ist eine Induktivität 15 über einen Schalter 22 und eine Diode 16 mit einer Kapazität 10 verbunden, deren eines Ende an die Sekundärspule 9 und deren anderes Ende an die elektrische Masse 14 angeschlossen ist. Die Induktivität dient hierbei als Energiespeicher, um einen Stromfluss aufrecht zu erhalten. Die Diode 16 ist in Richtung der Kapazität 10 leitfähig orientiert. Zwischen der Kapazität 10 und der Sekundärspule 9 ist ein Shunt 19 als Strommessmittel oder Spannungsmessmittel vorgesehen, dessen Messsignal dem Schalter 22 sowie dem Schalter 27 zugeführt wird. Auf diese Weise sind die Schalter 22, 27 eingerichtet, auf einen definierten Bereich der Stromstärke i2 durch die Sekundärspule 9 zu reagieren. Die der Diode 16 zugewandte Klemme des Schalters 22 ist über einen weiteren Schalter 27 mit der elektrischen Masse 14 verbindbar. Zur Absicherung der Kapazität 10 ist eine Zenerdiode 21 in Sperrrichtung parallel zur Kapazität 10 geschaltet. Des Weiteren sind Schaltsignale 28, 29 angedeutet, mittels welcher die Schalter 22, 27 angesteuert werden können. Während das Schaltsignal 28 ein Einschalten und "Geschlossenbleiben" für einen gesamten Zündzyklus darstellt, skizziert das Schaltsignal 29 ein zeitgleiches Wechselsignal zwischen "geschlossen" und "offen". Bei geschlossenem Schalter 22 wird die Induktivität 15 über die elektrische Energiequelle 5 mit einem Strom versorgt, welcher bei geschlossenen Schaltern 22, 27 unmittelbar in die elektrische Masse 14 fließt. Bei offenem Schalter 27 wird der Strom über die Diode 16 auf den Kondensator 10 geleitet. Die sich im Ansprechen auf den Strom in den Kondensator 10 einstellende Spannung addiert sich zu der über der Sekundärspule 9 des Aufwärtstransformators 2 abfallenden Spannung, wodurch der Lichtbogen an der Funkenstrecke 6 gestützt wird. Dabei entlädt sich jedoch der Kondensator 10, so dass durch Schließen des Schalters 27 Energie in das magnetische Feld der Induktivität 15 gebracht werden kann, um bei einem erneuten Öffnen des Schalters 27 diese Energie wieder auf den Kondensator 10 zu laden. Erkennbar wird die Ansteuerung 31 des in der Primärseite 3 vorgesehenen Schalters 30 deutlich kürzer gehalten, als dies für die Schalter 22 und 27 der Fall ist. Da der Schalter 22 für die erfindungsgemäßen Vorgänge keine entscheidende Funktion übernimmt, sondern die Schaltung lediglich ein- bzw. ausschaltet, ist dieser lediglich optional und kann daher auch entfallen. Weiter ist ein Motorsteuergerät 40 mit einem Signalausgang 44 dargestellt, über welches mit SCEI bezeichnete Signale zur Bestimmung eines vorbestimmten Zündzeitpunktes zur Auslösung eines Zündfunkens sowie Steuersignale zur erfindungsgemäße Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers 7 an eine mit einem Signaleingang 43 ausgestattete Auswerteeinheit 42 gesendet werden. Auf diese Weise kann das Motorsteuergerät 40 umfangreich Einfluss auf die Schaltzustände des Primärspannungserzeugers 2 sowie des Hochsetzstellers 7 nehmen.
  • 2 zeigt Zeitverläufe eines von einem Motorsteuergerät an ein erfindungsgemäßes Zündsystem gesendeten Signals SCEI für drei unterschiedliche gewünschte Ausgangsleistungen des Hochsetzstellers (P1, P2, P3). Darunter ist das Einschaltsignal SHSS des Hochsetzstellers dargestellt, welches sich aus den darüber dargestellten Zeitverläufen ergibt. Auch der Zeitverlauf eines Stromes I1 durch die Primärseite der Zündspule des Hochspannungserzeugers, der Funkenstrom I2 und eine Ausgangsspannung UHSS des Hochsetzstellers sind über der Zeit aufgetragen. Im Beispiel wird über die Dauer des Steuersignals t1 eine Verzugszeit definiert, welche zwischen dem Einschalten eines Zündtrafostroms (Strom I1 durch die Primärseite des Primärspannungserzeugers) und dem Einschalten des Hochsetzstellers verstreicht. Da sich die ausgangsseitige Spannung des Hochsetzstellers erst allmählich einem stationären Spannungspegel annähert, kann auf diese Weise beispielsweise die Höhe des Leistungsangebotes an der Funkenstrecke im Zündzeitpunkt gesteuert werden. Erkennbar wird über die Dauer des einen Low-Pegel aufweisenden Steuersignals t2 die ausgangsseitige Leistungsstufe des Hochsetzstellers gesteuert, im Ansprechen auf welche der Funkenstrom I2 nach dem Zündzeitpunkt drei unterschiedliche Zeitverläufe annimmt. Hierbei werden idealisierte Brennraumbedingungen und eine zunächst konstante Funkenbrennspannung angenommen. Über die Zeitdauer t3, vermindert um die Zeitdauer t6, wird die Dauer der Bestromung des Zündtrafos festgelegt. Mit anderen Worten wird die Schließzeit („Zündzeitpunkt“) des Zündtrafos festgelegt. Insbesondere die Position der fallenden Flanke des Steuersignals t3 definiert so die Lage des Zündzeitpunktes über dem Kurbelwinkel. Der Low-Pegel des Steuersignals t4 kann zur Steuerung unterschiedlicher Parameter des Zündsystems bzw. des Hochsetzstellers verwendet werden. Beispielsweise kann über die Dauer des Steuersignals t4 eine Art des Leistungsvariationsverfahrens für den Hochsetzsteller vorgegeben werden. Beispielsweise kann eine Schaltfrequenz und/oder ein Tastverhältnis des Hochsetzstellers in Abhängigkeit der Dauer gewählt bzw. angepasst werden. Über das Schaltsignal t5 und insbesondere dessen abfallende Flanke t5 wird schließlich der Abschaltzeitpunkt des Hochsetzstellers bestimmt. Erkennbar fällt der Funkenstrom I2 ab diesem Zeitpunkt rasch ab, bis der Zündfunke abreißt. Erkennbar definiert die steigende Flanke zwischen den Steuersignalen t2 und t3 optional auch den Startpunkt eines Schaltbetriebes des Hochsetzstellers für eine Dauer τ, über welchen eine ausgangsseitige Spannungsüberhöhung des Zündsystems vermieden wird, indem der Hochsetzsteller für eine Dauer τ bis zum Erreichen eines vordefinierten Spannungsschwellenwertes UHSSmax betrieben wird. Im Moment des Einschaltens des primärseitigen Stromes I1 sinkt die ausgangsseitige Spannung UHSS des Hochsetzstellers drastisch ab. Die Spannung an der Funkenstrecke bleibt jedoch in einem Bereich, in welchem eine unerwünschte Zündung nicht stattfinden kann. Im Beispiel sind die Leistungsstufen des Hochsetzstellers zu 50%, 75% und 100% gewählt. Eine Möglichkeit zur Verringerung unerwünschter Interferenzen aufgrund einer elektromagnetischen Anregung der Umgebung des erfindungsgemäßen Zündsystems besteht darin, den Frequenzbereich des Hochsetzstellers über das Signal t4 anzupassen. Durch geeignete Wahl bzw. Dimensionierung der Steuersignale t1 bis t6 kann zusätzlich ein Single-Spark-Betrieb (ohne den Betrieb des Hochsetzstellers) realisiert werden, indem bei Brennraumbedingungen, welche einen geringen Energiebedarf zur Erzeugung eines Zündfunkens bedingen, eine Gemischentflammung gesteuert wird.
  • Beispielsweise können die Steuersignale t1 und/oder t2 für eine entsprechende Ansteuerung verwendet werden. Sofern ein Single-Spark-Betrieb zur gezielten Entladung einer an der Funkenstrecke verbliebenen Restspannung verwendet wird, kann ein Steuersignal verwendet werden, um in der Abwesenheit zündfähigen Gemisches im Brennraum eine leitfähige Funkenstrecke zur Entladung der Funkenstrecke zu erzeugen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein Steuersignal t1 in einem Bereich vorgegebener Grenzen gewählt wird, beim Empfang dessen das Zündsystem erkennt, dass das Steuersignal t1 außerhalb des vorgegebenen Intervalls liegt. Im Ansprechen auf einen solchen Eingangswert erzeugt das Zündsystem einen Entladungsfunken zu einem Zeitpunkt, in welchem kein zündfähiges Gemisch im Brennraum vorhanden ist, wodurch eine im Zündsystem verbliebene Restenergie abgebaut wird, ohne Schaden an der Brennkraftmaschine anzurichten. Beispielsweise kann ein Single-Spark-Betrieb bzw. ein Löschfunke auch durch Steuersignale t2 erzeugt werden, welche nicht für Leistungsniveaus des Hochsetzstellers vordefiniert sind. Mit anderen Worten wird ein für die Leistungsstellung ungültiger Wert von t2 durch das Zündsystems als Signal zur Aufnahme des Single-Spark-Betriebes bzw. zur Erzeugung eines Löschfunkens genommen. Das Zündsystem wird grundsätzlich entsprechend einer konventionellen induktiven Zündspule betrieben. D.h. die Zündspule wird einmalig über die Bestromung der Primärseite mit Energie versorgt, diese wird zum Hochspannungsaufbau genutzt und nach erfolgter Zündung wird die in der Induktivität des Spannnungserzeugers verbliebene gespeicherte magnetische Energie an die Funkenstrecke abgegeben.
  • 3 veranschaulicht die Abhängigkeit erforderlicher Leistungsstufen des Hochsetzstellers von einer Funkenbrennspannung Ubrenn. Die Funkenbrennspannung Ubrenn ist im Wesentlichen linear über der Zeit ansteigend aufgetragen. Bei einer Leistungsstufe des Hochsetzstellers von 50% sinkt der Funkenstrom Ifu50 stark ab, bis er einen Minimalwert Imin erreicht. Im Ansprechen darauf veranlasst ein erfindungsgemäßes Steuersignal eine Erhöhung der Leistungsstufe des Hochsetzstellers auf 75%, wodurch der resultierende Funkenstrom Ifu75 in einen stabilen Bereich springt. Eine weitere Erhöhung der Funkenbrennspannung Ubrenn führt abermals zu einer Verringerung des Stroms auf den Minimalwert des Stroms Imin, im Ansprechen worauf ein erfindungsgemäßes Steuersignal an das Zündsystem die Leistungsstufe des Hochsetzstellers auf 100% festsetzt, im Ansprechen worauf der Funkenstrom Ifu100 abermals auf einen stabilen Wert springt.
  • 4 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Zündsystems für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem Primärspannungserzeuger zum Erzeugen eines Zündfunkens und einem Hochsetzsteller zum Aufrechterhalten des Zündfunkens. In Schritt 100 beginnt das Verfahren durch Senden eines Signals von einem Motorsteuergerät an das Zündsystem, wobei das Signal einen vorbestimmten Zündzeitpunkt zur Auslösung eines ersten Zündfunkens bestimmt. In Schritt 200 wird ein Steuersignal zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers von dem Motorsteuergerät an das Zündsystem gesendet. Beispielsweise kann eine Information zur Überschneidung der Betriebsweise des Primärspannungserzeugers und des Hochsetzstellers, eine zu verwendende Leistungsstufe und eine Einschaltfunken-Unterdrückungsfunktion übermittelt werden. Weitere Möglichkeiten für die erfindungsgemäß zu beeinflussenden Betriebsparameter sind oben stehend zahlreich genannt worden. In Schritt 300 wird ein weiteres Signal von dem Motorsteuergerät an das Zündsystem gesendet, durch welches ein vorbestimmter weiterer Zündzeitpunkt zur Auslösung eines Zündfunkens bestimmt wird. Auf diese Weise kann der Betrieb eines einen Primärspannungserzeuger und einen Hochspannungserzeuger umfassenden Zündsystems einfach gesteuert und das Zündsystem selbst einfach aufgebaut sein.
  • Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispielen im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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Claims (14)

  1. Verfahren zum Steuern eines Zündsystems (1) für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem Primärspannungserzeuger (2) zum Erzeugen eines Zündfunkens und einem Hochsetzsteller (7) zum Aufrechterhalten des Zündfunkens, umfassend die Schritte – Senden (100) eines Signals (t3) von einem Motorsteuergerät (40) an das Zündsystem (1), um einen vorbestimmten Zündzeitpunkt zur Auslösung eines Zündfunkens zu bestimmen, – Senden (300) eines weiteren Signals (t3) von dem Motorsteuergerät (40) an das Zündsystem (1), um einen vorbestimmten weiteren Zündzeitpunkt zur Auslösung eines weiteren Zündfunkens zu bestimmen, gekennzeichnet durch – Senden (200) eines Steuersignals (t1, t2, t4, t5) zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers (7) von dem Motorsteuergerät (40) an das Zündsystem (1) zwischen dem Signal (t3) und dem weiteren Signal (t3).
  2. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Signale (t3) und das zumindest eine Steuersignal (t1, t2, t4, t5) über einen identischen Kanal, insbesondere eine identische elektrische Leitung (41), gesendet werden.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuersignals (t1, t2, t4, t5) – im Wesentlichen einen identischen High-Pegel (H) aufweist wie die Signale (t3), und/oder – gegenüber den Signalen (t3) einen Low-Pegel (L) aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsweise des Hochsetzstellers (7) über einen Zeitpunkt und/oder eine Zeitdauer des Anliegens des zumindest einen Steuersignals (t1, t2, t4, t5), insbesondere eines High-Pegels (H) und/oder eines Low-Pegels (L), beeinflusst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsweise des Hochsetzstellers (7) über eine Position einer Flanke, insbesondere über beide Flanken des Steuersignals (t1, t2, t4, t5), beeinflusst wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsweise des Hochsetzstellers (7) über eine Anzahl von Pulsen innerhalb des zumindest einen Steuersignals (t1, t2, t4, t5) beeinflusst wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsweise des Hochsetzstellers (7) über die Höhe eines High-Pegels (H) des zumindest einen Steuersignals (t1, t2, t4, t5) beeinflusst wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Steuersignal (t1, t2, t4, t5) – eine Zeitverzögerung zwischen einem Einschalten des Primärspannungserzeugers (2) und einem Einschalten des Hochsetzstellers (7), und/oder – eine Leistung des Hochsetzstellers (7), insbesondere ein Tastverhältnis und/oder eine Schaltfrequenz und/oder – einen Abschaltzeitpunkt des Hochsetzstellers (7), und/oder – einen Betriebsbeginn des Hochsetzstellers (7) zur Unterdrückung eines Einschaltfunkens durch den Primärspannungserzeuger (2) kennzeichnet.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Beeinflussung weiterer Parameter der Betriebsweise des Hochsetzstellers (7) weitere Steuersignale (t1, t2, t4, t5) versendet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die weiteren Steuersignale (t1, t2, t4, t5) – ein Signal (t1) umfassen, welches eine Verzugszeit zwischen einem Einschalten des Primärspannungserzeugers (2), insbesondere eines Zündtrafostroms, und einem Einschalten des Hochsetzstellers (7) definiert, und/oder – ein Signal (t2) umfasst, welches eine Leistung des Hochsetzstellers (7) definiert, und/oder – ein Signal (t4) umfasst, welches ein Verfahren zur Leistungsvariation des Hochsetzstellers (7), insbesondere die Verwendung eines Tastverhältnisses und/oder einer Frequenz, auswählt, und/oder – ein Signal (t5) umfasst, welches einen Abschaltzeitpunkt des Hochsetzstellers (7) definiert.
  11. Zündsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine umfassend – einen Primärspannungserzeuger (2) zum Erzeugen eines Zündfunkens, – einen Hochsetzsteller (7) zum Aufrechterhalten des Zündfunkens, – eine Auswerteeinheit (42), und – einen Signaleingang (43), wobei die Auswerteeinheit (42) eingerichtet ist, über den Signaleingang (43) – ein Signal (t3) von einem Motorsteuergerät (40) zur Bestimmung eines vorbestimmten Zündzeitpunktes zur Auslösung eines Zündfunkens zu empfangen, – ein Signal (t3) von einem Motorsteuergerät (40) zur Bestimmung eines weiteren vorbestimmten Zündzeitpunktes zur Auslösung eines weiteren Zündfunkens zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Auswerteeinheit (42) weiter eingerichtet ist, zwischen den Signalen (t3) ein Steuersignal (t1, t2, t4, t5) zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers (7) von dem Motorsteuergerät (40) zu empfangen und auszuwerten.
  12. Motorsteuergerät zum Steuern eines Zündsystems (1) für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem Primärspannungserzeuger (2) zum Erzeugen eines Zündfunkens und einem Hochsetzsteller (7) zum Aufrechterhalten des Zündfunkens, welches eingerichtet ist, über einen Signalausgang (44) – ein Signal (t3) an das Zündsystem (1) zur Bestimmung eines vorbestimmten Zündzeitpunktes zur Auslösung eines Zündfunkens zu senden, – ein weiteres Signal (3) an das Zündsystem (1) zur Bestimmung eines weiteren vorbestimmten Zündzeitpunktes zur Auslösung eines weiteren Zündfunkens zu senden, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät (40) weiter eingerichtet ist, über den Signalausgang (44) – ein Steuersignal (t1, t2, t4, t5) zur Beeinflussung der Betriebsweise des Hochsetzstellers (7) zwischen dem Signal (t3) und dem weiteren Signal (t3) an das Zündsystem (1) zu senden.
  13. Anordnung umfassend ein Motorsteuergerät (40) nach Anspruch 12, dessen Signalausgang (44) informationstechnisch mit einem Signaleingang (43) eines Zündsystems (1) nach Anspruch 11 verbunden ist.
  14. Anordnung nach Anspruch 13, welche eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
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