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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems für eine Brennkraftmaschine. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Zündsystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Vermeiden instabiler Betriebszustände eines solchen Zündsystems.
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Zündsysteme sind im Stand der Technik zum Fremdzünden entflammbaren Gemisches in Brennräumen von Brennkraftmaschinen bekannt. Eine Funkenstrecke innerhalb des Brennraums wird mit einer solchen Spannung beaufschlagt, dass eine Funkenentladung stattfindet, welche das Gemisch entzündet. Die Hauptanforderungen an moderne Zündsysteme ergeben sich indirekt aus notwendigen Emissions- und Kraftstoffreduzierungen. Aus entsprechenden motorischen Lösungsansätzen, wie Hochaufladung und Mager-/Schichtbetrieb (Strahl-geführte Direkteinspritzung) in Kombination mit erhöhten Abgasrückführraten (AGR), leiten sich Anforderungen an die Zündsysteme und ihre Funken(-energien) ab. Die Darstellung erhöhter Zündspannungs- und Energiebedarfe bei erhöhten Temperaturanforderungen sind notwendig. Bei konventionellen induktiven Zündsystemen muss die gesamte zur Entflammung notwendige Energie in der Zündspule zwischengespeichert werden. Bei den hohen Anforderungen bezüglich des Energiebedarfs ergibt sich eine große Bauform der Zündspule. Dies steht mit den reduzierten Bauraumverhältnissen heutiger Motorenkonzepte ("Downsizing") in Konflikt. Eine Anmeldung der Anmelderin schlägt ein Zündsystem vor, bei welchem zwei Hauptfunktionen des Zündsystems durch unterschiedliche Baugruppen übernommen werden. Ein erster Spannungserzeuger („Primärspannungserzeuger“) generiert eine Hochspannung für einen Hochspannungsdurchschlag an der Funkenstrecke.
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Über einen Bypass (z.B. umfassend einen Hochsetzsteller) wird anschließend Energie zur Gemischentflammung an den Funken abgegeben. Der Hochsetzsteller ermöglicht dabei eine in weiten Bereichen steuerbare Energie- und Funkencharakteristik. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verwendung eines Hochsetzstellers in einem Zündsystem gegen unvorhergesehene Betriebszustände abzusichern.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Hochsetzsteller, gelöst. Die vorliegende Erfindung schlägt dabei vor, einen Funkenabriss vor oder während der Verwendung des Hochsetzstellers zu erkennen und im Ansprechen darauf die Arbeitsweise des Hochsetzstellers zu verändern. Mit anderen Worten wird überprüft, ob ein Funkenabriss stattgefunden hat, und im Falle eines erfolgten Funkenabrisses die Spannungserzeugung am Hochsetzsteller modifiziert. Da durch einen Funkenabriss die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers steigt, würde bei idealen Bauteilen und ohne Schutzbeschaltung die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers bis zur Selbstzerstörung des Hochsetzstellers ansteigen. Durch eine geeignete Veränderung der Arbeitsweise des Hochsetzstellers, z.B. eine Abschaltung oder Reduzierung der Erzeugung einer Ausgansspannung des Hochsetzstellers wird das vorstehend beschriebene Szenario vermieden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Weiter bevorzugt umfasst das Verändern der Arbeitsweise des Hochsetzstellers ein Abschalten der Spannungserzeugung des Hochsetzstellers. Mit anderen Worten wird beim Erkennen eines Funkenabrisses die Spannungserzeugung durch den Hochsetzsteller abgeschaltet, wodurch die Bauteilbelastung signifikant verringert wird.
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Weiter bevorzugt findet der Funkenabriss zu einem – gegenüber einem ordentlichen Zündvorgang/Entflammungsvorgang – früheren Zeitpunkt statt. Mit anderen Worten ist der Funkenabriss als ein verfrühtes, unvorhergesehenes Abreißen des Zündfunkens zu verstehen, der zu einem früheren Zeitpunkt erfolgt, als bei einem regelmäßig verlaufenden Zündvorgang. Ein ordentlicher Zündvorgang ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung einen leitfähigen Funken und der Funke eine Gemischentflammung verursacht. Der Zeitpunkt des Funkenabrisses kann über der Zeit, über dem Kurbelwinkel oder einem anderen geeigneten Parameter erkannt werden.
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In einer Weiterbildung kann das Verfahren zusätzlich ein Messen eines Funkenstromes in einer Masche der Funkenstrecke umfassen. Mit anderen Worten wird ein Strom gemessen, der einen Rückschluss über ein eventuelles Abreißen des Zündfunkens zulässt. Im Ansprechen auf ein Unterschreiten eines Schwellenwertes des Funkenstromes wird der Funkenabriss erkannt. Dabei kann ein vordefinierter Stromwert als Referenz gespeichert und abgerufen werden, um den Messwert mit der Referenz zu vergleichen. Die Strommessung kann relativ exakt und kostengünstig unter Vermittlung in Zündsystemen ohnehin enthaltener Hardware durchgeführt werden, so dass die Implementierung der vorliegenden Erfindung besonders kostengünstig erfolgen kann. Alternativ kann über eine Spannungsmessung ein Rückschluss auf die Höhe des Funkenstromes erfolgen. Durch den Betrieb des Hochsetzstellers wird eine definierte Leistung abgegeben. Somit stehen Strom und Spannung in einer festen Beziehung zueinander.
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Weiter bevorzugt erfolgt das Messen des Funkenstromes über einen Shunt, welcher in einer Masche mit einer Funkenstrecke des Zündsystems liegt. Dabei kann der Shunt auch zur Ermittlung einer Steuergröße für die Betriebsweise des Hochsetzstellers (z.B. dessen Frequenz) verwendet werden. Die Messung mittels des Shunts führt die Strommessung auf eine Spannungsmessung zurück, so dass eine Referenz für das Ermitteln eines Funkenabrisses auch als Spannungswert abgespeichert und einem Vergleich zugrunde gelegt werden kann. In Zündsystemen häufig vorkommende elektrische Schaltungen oder analoge Schaltkreise oder Mikrocontroller oder ASICs können eine kostengünstige Möglichkeit zur Ermittlung einer Spannung mit hinreichender Genauigkeit darstellen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Realisierung der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst das Erkennen eines Funkenabrisses die folgenden Schritte: In einem ersten Schritt wird ein Stromes eines Zündfunkens und/oder eine den Strom des Zündfunkens charakterisierende Spannung gemessen. In einem weiteren Schritt wird ermittelt, ob eine Unterschreitungsbedingung erfüllt ist, indem geprüft wird, ob der Strom einen Schwellenwert unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich wird ermittelt, ob eine Überschreitungsbedingung erfüllt ist, indem geprüft wird, ob die den Strom des Zündfunkens charakterisierende Spannung einen Schwellenwert überschreitet. Außerdem wird ermittelt, ob eine Mindestzeitbedingung erfüllt ist, indem geprüft wird, ob der Strom den Schwellenwert für eine vorbestimmte Mindestzeit unterschreitet oder ob die den Strom des Zündfunkens charakterisierende Spannung den Schwellenwert für eine vorbestimmte Mindestzeit überschreitet.
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Nach dem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst das Verändern der Arbeitsweise des Hochsetzstellers den Schritt des Reduzierens oder des Abschaltens der Spannungserzeugung des Hochsetzstellers, wenn die Mindestzeitbedingung und die Unter- und/oder Überschreitungsbedingung erfüllt sind.
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Das Zündsystem für eine Brennkraftmaschine, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, umfasst einen Hochsetzsteller. Das Zündsystem umfasst Mittel zum Erkennen eines Funkenabrisses und Mittel zum Verändern der Arbeitsweise des Hochsetzstellers im Ansprechen auf einen erkannten Funkenabriss. Mit anderen Worten ist das Zündsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine eingerichtet, einen in ihm enthaltenen Hochsetzsteller durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es oben als erstgenannter Erfindungsaspekt beschrieben worden ist, in seiner Betriebsweise anzupassen.
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Bevorzugt kann das Verändern der Arbeitsweise des Hochsetzstellers ein Abschalten des Hochsetzstellers oder zumindest ein Reduzieren seiner Leistung umfassen, wodurch die Spannungserzeugung innerhalb des Hochsetzstellers vermindert wird oder zum Erliegen kommt und der Hochsetzsteller einen stabilen Zustand einnimmt.
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Bevorzugt ist das Zündsystem eingerichtet, den Zeitpunkt des Funkenabrisses als verfrüht gegenüber einem Zeitpunkt eines Funkenabrisses nach einem ordentlich verlaufenen Zündvorgangs zu erkennen. Mit anderen Worten ist das Zündsystem in der Lage, den Zeitpunkt des Funkenabrisses über der Zeit, über dem Kurbelwinkel, gegenüber dem Zündzeitpunkt o.Ä. zu ermitteln und mit einer Referenz dahingehend zu vergleichen, ob ein fortwährender Betrieb des Hochsetzstellers in Anbetracht des Zeitpunktes eines aktuellen Funkenabrisses sicherheitskritisch ist oder nicht. Im Falle, dass der Zeitpunkt des Funkenabrisses die Sicherheit des Betriebes des Hochsetzstellers beeinträchtigen könnte, erzeugt das Zündsystem ein Steuersignal, mittels welchem der Hochsetzsteller in einen sicheren Zustand überführt und ausgeschaltet wird.
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Weiter bevorzugt umfasst auch das Zündsystem Mittel zum Messen eines Funkenstromes oder einer entsprechenden Spannung, über welche ein Abreißen des Zündfunkens erkannt werden kann. Dies kann beispielsweise einen Shunt in einer Masche mit der Zündfunkenstrecke umfassen. Zusätzlich oder alternativ können ein in Zündsystemen ohnehin häufig vorkommende elektrische Schaltungen oder analoge Schaltkreise oder Mikrocontroller oder ASICs zur kostengünstigen Ermittlung einer Spannung mit hinreichender Genauigkeit verwendet werden. Dies ermöglicht eine kostengünstige Realisierung der vorliegenden Erfindung. Die Merkmale, Merkmalskombinationen, Szenarien und die damit verbundenen Vorteile ergeben sich für das Zündsystem entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zündsystems;
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2 Darstellungen von Strom-Zeitdiagrammen sowie zugehöriger Schaltsequenzen für die in 1 gezeigte Schaltung;
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3 Zeitdiagramme zur Veranschaulichung elektrischer Größen innerhalb des Zündsystems in Verbindung mit einem Abreißen eines Zündfunkens; und
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4 ein Schriftdiagramm, veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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. Der Aufwärtstransformator 2 umfasst beispielsweise eine Primärspule 8 und eine Sekundärspule 9. Am Eingang der Schaltung, mit anderen Worten also am Anschluss zur elektrischen Energiequelle 5, ist eine Sicherung 26 vorgesehen. Zur Stabilisierung der Eingangsspannung ist darüber hinaus eine Kapazität 17 parallel zum Eingang der Schaltung bzw. parallel zur elektrischen Energiequelle 5 vorgesehen. 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 eine elektrische Masse 14 vorgesehen, über welche der Zündstrom i2 das brennfähige Gasgemisch entflammen soll. Ein Hochsetzsteller 7 ist zwischen der elektrischen Energiequelle 5 und der Sekundärseite 4 des Aufwärtstransformators 2 vorgesehen. Der Hochsetzsteller 7 umfasst beispielsweise eine Induktivität 15, einen Schalter 27, eine Kapazität 10 und eine Diode 16. In dem Hochsetzsteller 7 ist die Induktivität 15 in Form eines Transformators mit einer Primärseite 15_1 und einer Sekundärseite 15_2 vorgesehen. Die Induktivität 15 dient hierbei als Energiespeicher, um einen Stromfluss aufrecht zu erhalten. Zwei erste Anschlüsse der Primärseite 15_1 und der Sekundärseite 15_2 des Transformators sind jeweils mit der elektrischen Energiequelle 5 bzw. der Sicherung 26 verbunden. Dabei ist ein zweiter Anschluss der Primärseite 15_1 über den Schalter 27 mit der elektrischen Masse 14 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Sekundärseite 15_2 des Transformators ist ohne Schalter direkt mit der Diode 16 verbunden, die wiederum über einen Knotenpunkt mit einem Anschluss einer Kapazität 10 verbunden ist. Dieser Anschluss der Kapazität 10 ist beispielsweise über einen Shunt 19 mit der Sekundärspule 9 und ein anderer Anschluss der Kapazität 10 ist mit der elektrischen Masse 14 verbunden. Die Ausgangsleistung des Hochsetzstellers wird über den Knotenpunkt an der Diode 16 in das Zündsystem eingespeist und der Funkenstrecke 6 zur Verfügung gestellt.
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Die Diode 16 ist in Richtung der Kapazität 10 leitfähig orientiert. Aufgrund des Übertragungsverhältnisses wirkt ein Schaltvorgang durch den Schalter 27 im Zweig der Primärseite 15_1 auch auf der Sekundärseite 15_2. Da jedoch Strom und Spannung gemäß dem Übersetzungsverhältnis auf der einen Seite höher bzw. niedriger als auf der anderen Seite des Transformators sind, lassen sich für Schaltvorgänge günstigere Dimensionierungen für den Schalter 27 finden. Beispielsweise können geringere Schaltspannungen realisiert werden, wodurch die Dimensionierung des Schalters 27 einfacher und kostengünstiger möglich ist. Gesteuert wird der Schalter 27 über eine Ansteuerung 24, welche über einen Treiber 25 mit dem Schalter 27 verbunden ist. Zwischen der Kapazität 10 und der Sekundärspule 9 ist ein Shunt 19 als Strommessmittel oder Spannungsmessmittel vorgesehen, dessen Messsignal dem Schalter 27 zugeführt wird. Auf diese Weise ist der Schalter 27 eingerichtet, auf einen definierten Bereich der Stromstärke i2 durch die Sekundärspule 9 zu reagieren. Zur Absicherung der Kapazität 10 ist eine Zenerdiode 21 in Sperrrichtung parallel zur Kapazität 10 geschaltet. Überdies erhält die Ansteuerung 24 ein Steuersignal SHSS. Über dieses kann die Einspeisung von Energie über den Hochsetzsteller 7 in die Sekundärseite ein- und ausgeschaltet werden. Dabei kann auch die Leistung der durch den Hochsetzsteller bzw. in die Funkenstrecke eingebrachten elektrischen Größe, insbesondere über die Frequenz und/oder das Puls-Pause-Verhältnis über ein geeignetes Steuersignal SHSS gesteuert werden. Des Weiteren ist ein Schaltsignal 32 angedeutet, mittels dessen der Schalter 27 über den Treiber 25 angesteuert werden kann. Bei geschlossenem Schalter 27 wird die Induktivität 15 über die elektrische Energiequelle 5 mit einem Strom versorgt, welcher bei geschlossenem Schalter 27 unmittelbar in die elektrische Masse 14 fließt. Bei offenem Schalter 27 wird der Strom durch die Induktivität 15 über die Diode 16 auf den Kondensator 10 geleitet. Die sich im Ansprechen auf den Strom im 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 den Schalter 27 der Fall ist. Optional kann ein nichtlinearer Zweipol, im Folgenden durch eine Hochspannungsdiode 33 symbolisiert, der sekundärseitigen Spule 9 des Hochsetzstellers parallel geschaltet werden. Diese Hochspannungsdiode 33 überbrückt den Hochspannungserzeuger 2 sekundärseitig, wodurch die durch den Hochsetzsteller 7 gelieferte Energie direkt an die Funkenstrecke 6 geführt wird, ohne durch die Sekundärspule 9 des Hochspannungserzeugers 2 geführt zu werden. Somit entstehen keine Verluste über der Sekundärspule 9 und der Wirkungsgrad steigt. Eine erfindungsgemäße Abhängigkeit der Arbeitsweise des Hochsetzstellers vom Bestehen bzw. vorzeitigen Erlöschen des Zündfunkens ist durch einen Mikrocontroller 42 möglich, welcher eingerichtet ist, den Zeitpunkt des Erlöschens in Abhängigkeit eines Kurbelwinkels zu ermitteln. Der Mikrocontroller 42 ist weiter an einen Speicher 41 angebunden, aus welchem Grenzen für Funkenstrombereiche und diesen Funkenstrombereichen zugeordnete Referenzen (bzw. Parameter) für eine entsprechende Arbeitsweise des Steuersignals ausgelesen werden können. Der Mikrocontroller 42 ist zur Beeinflussung der Arbeitsweise des Hochsetzstellers eingerichtet, die Ansteuerung 24 mit einem funkenstromabhängig modifizierten Steuersignal SHSS zu versorgen, im Ansprechen auf welches der Treiber 25 den Schalter 27 mit einem geänderten Schaltsignal 32 versorgt. Beispielsweise kann eine vorzeitige Unterbrechung der Energieerzeugung mittels des Hochsetzstellers im Falle eines Funkenabrisses erfolgen. Eine erfindungsgemäße Veränderung der Arbeitsweise des Hochsetzstellers kann in unterschiedlicher Weise und zu unterschiedlichen Zwecken erfolgen. Nachfolgend werden (ohne Anspruch auf Vollständigkeit) einzelne Optionen genannt:
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Option 1: Die Abschaltung des Hochsetzstellers kann erfolgen, wenn der Funkenstrom über eine bestimmte Zeit einen vordefinierten Schwellenwert unterschreitet.
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Option 2: Die Änderung der Arbeitsweise des Hochsetzstellers erfolgt unabhängig vom Kurbelwinkel nur über die Erfassung eines Schwellenwertes, der mit dem Funkenabriss korreliert.
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Option 3: Die Änderung der Arbeitsweise des Hochsetzstellers erfolgt unabhängig vom Kurbelwinkel nur über die Erfassung eines Schwellenwertes unter Berücksichtigung einer Delay-Zeit, die mit dem zu erwartenden Funkenabriss korreliert.
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2 zeigt Zeitdiagramme für a) den Zündspulenstrom iZS, b) den zugehörigen Hochsetzstellerstrom iHSS, c) die ausgangsseitige Spannung über der Funkenstrecke 6, d) den Sekundärspulenstrom i2 für das in 1 dargestellte Zündsystem ohne (501) und mit (502) Verwendung des erfindungsgemäßen Hochsetzsteller 7, e) das Schaltsignal 31 des Schalters 30 und f) das Schaltsignal 32 des Schalters 27. Im Detail: Diagramm a) zeigt einen kurzen und steilen Anstieg des Primärspulenstroms iZS, welcher sich während derjenigen Zeit einstellt, in welcher sich der Schalter 30 im leitenden Zustand („ON“, siehe Diagramm 3e) befindet. Mit Ausschalten des Schalters 30 fällt auch der Primärspulenstrom iZS auf 0 A ab. Diagramm b) veranschaulicht überdies die Stromaufnahme des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers 7, welche durch eine pulsförmige Ansteuerung des Schalters 27 zustande kommt. In der Praxis haben sich als Schaltfrequenz Taktraten im Bereich mehrerer zehn kHz bewährt, um einerseits entsprechende Spannungen und andererseits akzeptable Wirkungsgrade zu realisieren. Beispielhaft seien die ganzzahligen Vielfachen von 10000 Hz im Bereich zwischen 10 und 100 kHz als mögliche Bereichsgrenzen genannt. Zur Regelung der an die Funkenstrecke abgegebenen Leistung empfiehlt sich dabei eine, insbesondere stufenlose, Regelung des Puls-Pause-Verhältnisses des Signals 32 zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals. Diagramm c) zeigt den Verlauf 34 der sich beim Erfindungsgemäßen Betrieb an der Funkenstrecke 6 einstellenden Spannung. Diagramm d) zeigt die Verläufe des Sekundärspulenstroms i2. Sobald sich der Primärspulenstrom iZS aufgrund eines Öffnens des Schalters 30 zu 0 A ergibt und sich damit die im Aufwärtstransformator gespeicherte magnetische Energie in Form eines Lichtbogens über der Funkenstrecke 6 entlädt, stellt sich ein Sekundärspulenstrom i2 ein, der ohne Hochsetzsteller (501) rasch gegen 0 abfällt. Im Gegensatz hierzu wird durch eine pulsförmige Ansteuerung (siehe Diagramm f, Schaltsignal 32) des Schalters 27 ein im Wesentlichen konstanter Sekundärspulenstrom i2 (502) über die Funkenstrecke 6 getrieben, wobei der Sekundärstrom i2 von der Brennspannung an der Funkenstrecke 6 abhängt und hier der Einfachheit halber von einer konstanten Brennspannung ausgegangen wird. Erst nach Unterbrechung des Hochsetzstellers 7 durch Öffnen des Schalters 27 fällt nun auch der Sekundärspulenstrom i2 gegen 0 A ab. Aus Diagramm d) ist erkennbar, dass die abfallende Flanke durch die Verwendung des Hochsetzstellers 7 verzögert wird. Die gesamte Zeitdauer, während welcher der Hochsetzsteller verwendet wird, ist als tHSS und die Zeitdauer, während welcher Energie primärseitig in den Aufwärtstransformator 2 gegeben wird, als ti gekennzeichnet. Der Startzeitpunkt von tHSS gegenüber ti kann variabel gewählt werden. Zudem ist es auch möglich, durch einen (nicht-dargestellten) zusätzlichen DC-DC-Wandler die von der elektrischen Energiequelle gelieferte Spannung zu erhöhen, bevor diese im erfindungsgemäßen Hochsetzsteller 7 weiter verarbeitet wird. Es sei zur Kenntnis genommen, dass konkrete Auslegungen von vielen schaltungsinhärenten und externen Randbedingungen abhängen. Es stellt den befassten Fachmann vor keine unzumutbaren Probleme, die für seinen Zweck und die von ihm zu berücksichtigenden Randbedingungen geeigneten Dimensionierungen selbst vorzunehmen.
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3 zeigt im oberen Teildiagramm a) die Ausgangsspannung des Zündsystems (also der Spannung an der Funkenstrecke 6), über der Zeit t. In einem ersten Zeitbereich I ist ein hoher Peak der Spannung erkennbar, durch welchen der Zündfunke zu Stande kommt. Nach dem Durchschlagen der Zündfunkenstrecke 6 schließt sich ein Zeitbereich II an, in welchem die Spannung deutlich niedrigere Werte als im Zeitbereich I annimmt. In diesem Bereich hängt die Spannung insbesondere von den Verhältnissen im Bereich der Funkenstrecke 6 ab, welche durch die Turbulenz- und Druckverhältnisse im Brennraum sowie die Elektrodengeometrie der Zündkerze bestimmt werden. Zu einem Zeitpunkt t0 beginnt ein dritter Zeitbereich III. Da im Zeitpunkt t0 der Zündfunke zunehmend instabiler wird, steigt die Spannung im Zeitbereich III stark an. Eine Entladung der über der Funkenstrecke 6 anliegenden Spannung im Hochsetzsteller 7 kann nicht erfolgen, da die Leitfähigkeit des Gemisches in der Funkenstrecke 6 nach dem Funkenabriss stark abgenommen hat.
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Teildiagramm b) zeigt die Ausgangsspannung am Hochsetzsteller 7, die in einem Zeitbereich II auf einem gleichbleibend niedrigen Wert ist. Im Zeitbereich III steigt die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers 7 aufgrund der Funkenauslenkung stark an. Erst im Zeitbereich IV nach t1 reißt der Funke ab und die Spannung am Hochsetzsteller 7 steigt weiter an. Aufgrund dessen, dass die vom Hochsetzsteller 7 gewandelte elektrische Energie nicht auf die Funkenstrecke 6 übertragen werden kann, steigt die Ausgangsspannung bis in einen instabilen Bereich IV, in welchem die elektrische Belastung der Bauteile des Hochsetzstellers 7 stark zunimmt bzw. deren Festigkeit gefährdet ist.
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Teildiagramm c) zeigt den Funkenstrom i2 über der Zeit. Beim Durchschlagen der Funkenstrecke zum Zeitpunkt I weist der Funkenstrom i2 einen Peak auf. Im darauffolgenden Zeitbereich II verbleibt der Funkenstrom i2 auf einem mittleren, im Wesentlichen gleichbleibenden Niveau. Aufgrund einer Turbulenz am Ende des Zeitbereichs II erhöht sich der Widerstand für den Funkenstrom i2 ab einem Zeitpunkt t0, so dass in einem darauffolgenden Zeitbereich III der Funkenstrom i2 stark abnimmt und letztendlich im Zeitpunkt t1 zum Erliegen kommt. Erfindungsgemäß kann die Abnahme des Funkenstromes i2 bzw. dessen vollständiges Erliegen als Funkenabriss erkannt werden. Im Ansprechen auf dieses Erkennen kann das erfindungsgemäße Verfahren die Arbeitsweise des Hochsetzstellers verändern, um entweder den Hochsetzsteller zur Verringerung seiner Energieaufnahme zu veranlassen oder mittels des Hochsetzstellers einer Abnahme des Funkenstromes zur Vermeidung eines Funkenabrisses entgegenzuwirken.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 100 wird ein Funkenstrom i2 gemessen und im Ansprechen auf ein Unterschreiten eines Schwellenwertes für den Funkenstrome i2 in Schritt 200 ein Funkenabriss erkannt. Im Ansprechen auf das Erkennen des Funkenabrisses wird in Schritt 300 der Hochsetzsteller, gegebenenfalls verzögert um eine Delay-Zeit abgeschaltet. Auf diese Weise kann ein Ansteigen der Ausgangsspannung am Hochsetzsteller in einen instabilen Bereich IV bzw. in einen Bereich der oberhalb der Belastbarkeitsgrenze liegt, vermieden werden. Die Bauteile des Hochsetzstellers bleiben so unversehrt.
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Nach einem Ausführungsbeispiel wird in dem Schritt 100 der Strom i2 eines Zündfunkens und/oder eine den Strom i2 des Zündfunkens charakterisierende Spannung gemessen. Außerdem wird im Schritt 100 ermittelt, ob eine Unterschreitungsbedingung erfüllt ist, indem geprüft wird, ob der Strom i2 einen ersten Schwellenwert unterschreitet. Wenn der Strom i2 den ersten Schwellenwert unterschreitet, ist die Unterschreitungsbedingung erfüllt. Alternativ oder zusätzlich wird ermittelt, ob eine Überschreitungsbedingung erfüllt ist, indem geprüft wird, ob die den Strom i2 des Zündfunkens charakterisierende Spannung einen zweiten Schwellenwert überschreitet. Wenn die den Strom i2 des Zündfunkens charakterisierende Spannung den zweiten Schwellenwert überschreitet, ist die Überschreitungsbedingung erfüllt. Außerdem wird im Schritt 100 geprüft, ob der Strom den ersten Schwellenwert für eine vorbestimmte Mindestzeit unterschreitet oder ob die den Strom des Zündfunkens charakterisierende Spannung den zweiten Schwellenwert für die vorbestimmte Mindestzeit überschreitet. Wenn einer der beiden Fälle erfüllt ist, ist eine Mindestzeitbedingung erfüllt. Wenn die Mindestzeitbedingung und die Unter- und/oder die Überschreitungsbedingung erfüllt sind, wird in Schritt 300 die Spannungserzeugung des Hochsetzstellers reduziert oder abgeschaltet. Zum Abschalten des Hochsetzstellers wird der Schalter 27 geöffnet und nicht länger getaktet. Beim Betreiben des Hochsetzstellers wird der Schalter 27 taktend ein- und ausgeschaltet. Zum Reduzieren der Spannungserzeugung wird das Tastverhältnis oder die Frequenz, mit der der Schalter 27 taktend geschaltet wird, reduziert.
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Es kann ein Computerprogramm vorgesehen sein, das dazu eingerichtet ist, alle beschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Dabei ist das Computerprogramm auf einem Speichermedium gespeichert. Alternativ zu dem Computerprogramm kann das erfindungsgemäße Verfahren von einem im Zündsystem vorgesehenen elektrischen Schaltkreis, einer analogen Schaltung, einem ASIC oder einem Mikrocontroller gesteuert werden, der dazu eingerichtet ist, alle beschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
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Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele 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.
