DE102017104953A1

DE102017104953A1 - Verfahren zum Betreiben einer Zündspule sowie Zündspule

Info

Publication number: DE102017104953A1
Application number: DE102017104953.3A
Authority: DE
Inventors: Dejan Kienzle; Dirk Wüstenhagen
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: DE102017104953B4; CN108573803B; KR20180103756A; CN108573803A; KR102498708B1; US20180258902A1; US10487792B2

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Betreiben einer Zündspule, wobei durch Einspeisen eines Primärspannungspulses in einen Transformator (2) der Zündspüle ein Sekundärspannungspuls erzeugt wird, und ein Primärstrom (I₁), ein Primärspannung, ein Sekundärstrom (I₂) und/oder eines Sekundärspannung gemessen werden, wobei der Verlauf des Primärstroms (I₁), der Primärspannung, der Sekundärspannung und/oder des Sekundärstroms (I₂) überwacht werden und, wenn dabei eine Fehlfunktion festgestellt wird, während eines darauffolgenden Primärspannungspulses ein Fehlersignal (F) erzeugt wird, das anzeigt, dass während des vorangegangenen Primärspannungspulses eine Fehlfunktion aufgetreten ist und die Fehlfunktion klassifiziert. Zudem wird eine entsprechende Zündspule beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündspule sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Zündspule.
Zündspulen enthalten einen Transformator, mit dem durch Einspeisen eines Primärspannungspulses ein Sekundärspannungspuls für eine Zündkerze erzeugt wird. Üblicherweise enthalten Zündspulen zusätzlich eine Steuer- und Überwachungseinheit, die den Transformator steuert. Die Steuer- und Überwachungseinheit wird in der Regel an ein Motorsteuergerät angeschlossen, mit dem sie im Betrieb kommuniziert. Zündspulen haben dazu üblicherweise einen Signaleingang und einen Signalausgang.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie beim Betrieb einer Zündspule einem Motorsteuergerät wichtige Betriebsinformationen mit möglichst geringem Aufwand zur Verfügung gestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Zündspule gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß werden beim Betrieb einer Zündspule der Primärstrom, die Primärspannung, der Sekundärstrom und/oder die Sekundärspannung gemessen und überwacht. Wenn dabei eine Fehlfunktion festgestellt wird, wird während eines darauffolgenden Primärspannungspulses ein Fehlersignal erzeugt, das zeigt, dass während des vorangegangenen Primärspannungspulses eine Fehlfunktion aufgetreten ist und die Fehlfunktion klassifiziert. Eine Fehlfunktion kann durch Auswerten des Verlaufs der Primärspannung, der Sekundärspannung, des Primärstroms und/oder des Sekundärstroms festgestellt werden, beispielsweise indem eine Abweichung des Verlaufs des Primärstroms bzw. der Primärspannung oder des Sekundärstroms bzw. der Sekundärspannung von einem erwarteten Verlauf bzw. Verlaufsbereich festgestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also darauf verzichtet, eine eventuelle Fehlfunktion noch in demselben Arbeitszyklus der Zündspule einem Motorsteuergerät zu melden. Stattdessen wird die Fehlfunktion dem Motorsteuergerät erst im nächsten Arbeitszyklus der Zündspule, also während des nächsten Primärspannungspulses mitgeteilt. Auf diese Weise lässt sich die Überwachung vereinfachen und mit geringem Hardwareaufwand realisieren.
Das Fehlersignal kann ein Puls sein, beispielsweise ein Strom- oder ein Spannungspuls. Die Fehlfunktion kann in diesem Fall beispielsweise durch die Dauer des Pulses, dessen zeitliche Lage oder dessen Intensität, d.h. bei einem Spannungspuls dessen Spannungshöhe, klassifiziert werden. Das Fehlersignal kann auch eine Pulsfolge sein, deren Muster die Fehlfunktion klassifiziert, also einer Fehlerart oder einer Kombination von mehreren Fehler zugeordnet ist.
Bevorzugt ist, dass die Dauer des Fehlersignals die Fehlfunktion klassifiziert, die durch Auswertung des Verlaufs der Primärspannung oder der Sekundärspannung ermittelt wurde. Mögliche Fehlfunktionen, die klassifiziert werden können, sind beispielsweise eine zu lange Ansteuerung der Spule, was auch als overdwell bezeichnet wird, ein zu rasches Abklingen des Sekundärstroms, beispielsweise wegen einer Gleitentladung, ein zu langes Anhalten des Sekundärstroms, was beispielsweise bei zu niedriger Zündspannung oder einem Kurzschluss auftreten kann, eine zu hohe Temperatur, oder das Auftreten von mehreren der vorstehenden Fehlerfälle zugleich. Durch das Fehlersignal können somit wesentliche Informationen über den aufgetretenen Fehler an das Motorsteuergerät übermittelt werden, ohne dass dafür zusätzliche Übermittlungskanäle oder Datenleitungen benötigt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Fehlersignal an demselben Signalausgang erzeugt wird, an dem zumindest während manchen Primärspannungspulsen ein Überwachungssignalpuls erzeugt wird, der begonnen wird, sobald der Primärstrom einen ersten vorgegebenen Schwellenwert erreicht, und der beendet wird, sobald der Primärstrom einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert erreicht, der größer als der erste vorgegebene Schwellenwert ist. Vorteilhaft kann so der Signalausgang bzw. die an ihn angeschlossene Signalleitung nicht nur zum Übertragen eines Fehlersignals genutzt werden, sondern zusätzlich auch im regulären Betrieb dem Motorsteuergerät eine wichtige Information über die Arbeitsweise der Zündspule mitteilen, nämlich die Geschwindigkeit, mit welcher der Primärstrom ansteigt. Diese Information ist für das Motorsteuergerät wichtig, um den gewünschten Zündzeitpunkt präzise vorgeben zu können.
Der Überwachungssignalpuls kann unabhängig von dem Fehlersignal erzeugt werden, so dass während eines Primärspannungspulses sowohl ein Fehlersignal als auch ein Überwachungssignalpuls erzeugt werden. Das Fehlersignal kann dann vor oder nach dem Überwachungssignalpuls gesendet werden, sowohl vor als auch nach dem Überwachungssignalpuls gesendet werden oder sogar in den Überwachungssignalpuls, beispielsweise dessen Höhe, integriert sein.
Bevorzugt wird der Überwachungssignalpuls aber nur dann erzeugt, falls während des vorangegangenen Primärspannungspulses keine Fehlfunktion festgestellt wurde. Wenn eine Fehlfunktion auftritt, ist ein solcher Überwachungssignalpuls, der dem Motorsteuergerät mitteilt, wie schnell der Primärstrom ansteigt, weniger bedeutsam. Deshalb kann bei Auftreten einer Fehlfunktion in dem darauffolgenden Zyklus der Zündspule auf einen solchen Überwachungssignalpuls zu Gunsten eines Fehlersignals verzichtet werden.
Um das Unterscheiden von Überwachungssignalpulsen und Fehlersignalen zu erleichtern, wird das Fehlersignal bevorzugt begonnen und beendet, bevor der Primärstrom den ersten Schwellenwert erreicht. Ein Fehlersignal tritt dann im Arbeitszyklus der Zündspule wesentlich früher auf, als ein Überwachungssignalpuls. Das Motorsteuergerät kann diese unterschiedlichen Pulse somit daran erkennen, wie früh bzw. wie spät sie in einem Arbeitszyklus der Zündspule auftreten. Alternativ oder zusätzlich können Fehlersignale und Überwachungssignalpulse grundsätzlich auch anhand der Pulsdauer unterschieden werden, da die Zeitdauer, in welcher der Primärstrom von dem ersten vorgegebenen Schwellenwert zu dem zweiten vorgegebenen Schwellenwert ansteigt, dem Motorsteuergerät zwar nicht präzise bekannt ist, aber diese Zeitdauer doch stets in einem definierten und bekannten Bereich liegt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Zündspule mit geöffnetem Gehäuse;
2 schematisch den Verlauf von Primär- und Sekundärstrom sowie das Potential am Signalausgang bei fehlerfreiem Betrieb der Zündspule;
3 schematisch den Verlauf des Primärstroms und das Potential am Signalausgang für einen fehlerhaften und einen anschließenden Arbeitszyklus des Zündspule;
4 schematisch den Verlauf des Primärstroms und das Potential am Signalausgang für ein weiteres Beispiel eines fehlerhaften und eines anschließenden Arbeitszyklus des Zündspule; und
5 schematisch den Verlauf des Primärstroms und das Potential am Signalausgang für ein weiteres Beispiel eines fehlerhaften und eines anschließenden Arbeitszyklus des Zündspule.

1 zeigt schematisch eine Zündspule bei geöffnetem Gehäuse 1. In dem Gehäuse ist ein Transformator 2 angeordnet, der von einer Steuer- und Überwachungseinheit 3 gesteuert wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steuer- und Überwachungseinheit 3 als eine Leiterplatte mit einer darauf angeordneten Schaltung ausgebildet, die in dem Gehäuse sitzt. Das Gehäuse 1 trägt einen Steckverbinder 4, über den die Zündspule elektrisch eine Primärspannungsquelle, beispielsweise das Bordnetz eines Fahrzeugs angeschlossen werden kann. Der Steckverbinder 4 kann zusätzlich auch mit einem seiner Kontakte einen Signaleingang und mit einem anderen Kontakt einen Signalausgang bilden. Signaleingang und Signalausgang können aber auch an anderer Stelle an dem Gehäuse vorgesehen sein, um mit einem separaten Steckverbinder an ein Motorsteuergerät angeschlossen zu werden.
Durch Einspeisen eines Primärspannungspulses in den Transformator 2 der Zündspule wird ein Sekundärspannungspuls für eine Zündspule erzeugt. Die Steuer- und Überwachungseinheit 3 der Zündspule überwacht mit geeigneten Sensoren den Verlauf von Primärstrom und Sekundärstrom bzw. Primärspannung und Sekundärspannung.
In 2 sind für einen fehlerfreien Betrieb der Zündspule der Verlauf des Primärstroms I₁ sowie des Sekundärstroms I₂ schematisch dargestellt. Zusätzlich ist das Potential am Potentialausgang S der Zündspule dargestellt. In 2 ist dabei der jeweilige Signalverlauf für zwei Arbeitszyklen der Zündspule aufgetragen. Zu Beginn eines Arbeitspulses wird ein Primärspannungspuls in den Transformator der Zündspule eingespeist. Dieser Primärspannungspuls bewirkt einen entsprechenden Primärstrompuls, wie er in 2 dargestellt ist. Auf den Primärstrompuls folgt unmittelbar ein Sekundärstrompuls I₂, der an eine Zündkerze, die an die Zündspule angeschlossen ist, abgegeben wird. Für eine präzise Steuerung des Zündzeitpunkts ist der Anstieg des Primärstroms I₁ von Bedeutung. An dem Signalausgang S wird deshalb ein Diagnosesignalpuls D erzeugt, der beginnt, sobald der Primärstrom I₁ einen ersten vorgegebenen Schwellenwert, beispielsweise 3 A erreicht hat, und beendet wird, sobald der Primärstrom I₁ einen zweiten Schwellenwert erreicht hat, beispielsweise 6 A.
Die Breite eines solchen Diagnosesignalpulses D am Signalausgang der Zündspule gibt einem Motorsteuergerät somit die Anstiegsgeschwindigkeit des Primärstroms I₁ an.
3 zeigt in 2 entsprechenden Darstellungen den Verlauf von Primärstrom I₁ und Sekundärstrom I₂ über zwei Arbeitszyklen der Zündspule, wobei im ersten Arbeitszyklus eine Fehlfunktion auftritt. Die Fehlfunktion zeigt sich im Verlauf des Sekundärstroms I₂ darin, dass dieser zu langsam abklingt, sich also auch nach einer vorgegebenen Zeitspanne noch über einen vorgegebenen Schwellenwert befindet. Dies deutet darauf hin, dass sich kein Funke gebildet hat. In dem anschließenden Arbeitszyklus der Zündspule wird deshalb an dem Signalausgang S ein Fehlersignal F erzeugt, beispielsweise in Form eines Spannungspulses oder Strompulses. Der im vorangegangenen, fehlerbehafteten Arbeitszyklus erzeugte Diagnosesignalpuls unterbleibt dabei.
Das Fehlersignal F ist wesentlich kürzer als ein Diagnosesignalpuls D und kann schon daran zuverlässig von einem Diagnosesignalpuls D unterschieden werden. Zudem wird das Fehlersignal F schon zu einem früheren Zeitpunkt im Arbeitszyklus der Zündspule erzeugt, insbesondere ist das Fehlersignals F bereits beendet, wenn der Primärstrom I₁ den ersten Schwellenwert erreicht.
4 zeigt beispielhaft die Signalverläufe bei einem weiteren Fehlerfall. Bei dem Fehlerfall der 4 klingt der Sekundärstrom I₂ nach dem ersten Primärspannungspuls viel zu schnell ab, beispielsweise weil sich in Folge einer Gleitentladung kein Funke gebildet hat. Bei dem anschließenden Primärspannungspuls I₁ wird deshalb ein Fehlsignal F erzeugt und der Diagnosesignalpuls D entfällt.
Ein weiteres Beispiel eines Fehlerfalls ist schematisch in 5 dargestellt. Bei diesem Fehlerfall ist der Primärspannungspuls viel zu lang und der Primärstroms I₁ bleibt deshalb viel zu lange sehr hoch, was beispielsweise durch eine zu lange Ansteuerung des Transformators der Zündspule passieren kann. In diesem Fall unterbleibt bei dem anschließenden Primärspannungspuls der Diagnosesignalpuls D und es wird stattdessen ein Fehlersignal F erzeugt.
Die in den vorstehenden Figuren erläuterten Fehlerfälle können durch unterschiedlich lange Fehlersignale an dem Motorsteuergerät angezeigt werden, beispielsweise unterschiedlich lange Pulse oder Pulsfolgen. Unterschiede in der Pulslänge von 20 µs lassen sich zuverlässig detektieren, so dass bereits relativ kleine Unterschiede in der Pulslänge ausreichen, um Fehlersignalpulse je nach Fehlerfall mit einer unterschiedlichen Länge zu versehen. Beispielsweise kann eine Mindestpulslänge des Fehlersignalpulses im Bereich von 200 µs bis 300 µs gewählt werden und durch Pulslängenunterschiede von 20 µs oder mehr die Fehlerursache kodiert werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Zündspule, wobei durch Einspeisen eines Primärspannungspulses in einen Transformator (2) der Zündspüle ein Sekundärspannungspuls erzeugt wird, und ein Primärstrom (I₁), eine Primärspannung, ein Sekundärstrom (I₂) und/oder eine Sekundärspannung gemessen werden, wobei der Verlauf des Primärstroms (I₁), der Primärspannung, der Sekundärspannung und/oder des Sekundärstroms (I₂) überwacht werden und, wenn dabei eine Fehlfunktion festgestellt wird, während eines darauffolgenden Primärspannungspulses ein Fehlersignal (F) erzeugt wird, das anzeigt, dass während des vorangegangenen Primärspannungspulses eine Fehlfunktion aufgetreten ist, und die Fehlfunktion klassifiziert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Fehlersignals (F) die Fehlfunktion klassifiziert, die durch Auswertung des Verlaufs der Primärspannung, des Primärstroms (I₁), der Sekundärspannung und/oder des Sekundärstroms (I₂) ermittelt wurde.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal (F) an einem Signalausgang (S) erzeugt wird, an dem zumindest während manchen Primärspannungspulsen ein Überwachungssignalpuls (D) erzeugt wird, der begonnen wird, sobald der Primarstrom (I₁) einen ersten vorgegebenen Schwellenwert erreicht, und der Überwachungssignalpuls (D) beendet wird, sobald der Primärstrom (I₁) einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert erreicht, der größer als der erste vorgegebene Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal (F) begonnen und beendet wird, bevor der Primärstrom (I₁) den ersten Schwellenwert erreicht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn des Fehlersignals (F) durch einen Anstieg der Primärspannung auf einen vorgegebenen Wert ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal (F) ein Puls ist.
Zündspule mit einem Transformator (3), der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, einem Signalausgang (S), und einer Steuer-und Überwachungseinheit (3), die den Transformator (2) steuert und in die Primärseite des Transformators (2) einen Primärspannungspuls einspeist, um einen Sekundärspannungspuls für eine Zündkerze zu erzeugen, wobei die Steuer- und Überwachungseinheit (3) Sensoren enthält und mit diesen den Verlauf von Primärstrom (I₁), Primärspannung, Sekundärspannung und/oder Sekundärstrom (I₂) überwacht, und, wenn dabei eine Fehlfunktion festgestellt wird, während eines darauffolgenden Primärspannungspulses an dem Signalausgang (S) ein Fehlersignal (F) erzeugt wird, das anzeigt, dass während des vorangegangenen Primärspannungspulses eine Fehlfunktion aufgetreten ist, und die Fehlfunktion klassifiziert.
Zündspule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Fehlersignals (F) die Fehlfunktion klassifiziert, welche die Steuer- und Überwachungseinheit (3) ermittelt hat.
Zündspule nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-und Überwachungseinheit (3) an dem Signalausgang (S) zumindest während manchen Primärspannungspulsen ein Überwachungssignalpuls (D) erzeugt, der begonnen wird, sobald der Primarstrom (I₁) einen ersten vorgegebenen Schwellenwert erreicht, und der Überwachungssignalpuls (D) beendet wird, sobald der Primärstrom (I₁) einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert erreicht, der größer als der erste vorgegebene Schwellenwert ist.
Zündspule nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Überwachungseinheit (3) den Überwachungssignalpuls (D) nur erzeugt, falls während des vorangegangenen Primärspannungspulses keine Fehlfunktion festgestellt wurde.