DE102018221816B3 - Verfahren zur Überprüfung eines Zündfunkens einer Zündkerze sowie Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung eines Zündfunkens (10) einer Zündkerze (1), umfassend die Schritte Auslösen eines Zündimpulses für eine Erzeugung eines Zündfunkens (10), Erfassen eines Stromwertes (I) und eines Spannungswertes (U) der Zündkerze während der Erzeugung des Zündfunkens, Berechnen eines Signalwertes (S) mittels der Gleichung S = I· U, wobei 0 < a ist und b < 10 ist, und Klassifizieren des Signalwertes (S) in eine erste Klasse von Nutzfunken oder eine zweite Klasse von Fehlfunken oder eine dritte Klasse von Gleitfunken.

Description

• Stand der Technik
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Zündfunkens einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Zündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bei der Herstellung von derartigen Zündkerzen werden üblicherweise einzelne Proben jeder Charge überprüft. Hierbei werden die zu überprüfenden Zündkerzen in einer entsprechenden Prüfvorrichtung montiert und durch eine optische Beobachtung bestimmt, ob ein erzeugter Zündfunke ein Nutzfunke ist oder nicht. Eine derartige Prüfung erfordert jedoch einen relativ großen baulichen Aufwand. Ferner können nur stichprobenartige Überprüfungen der Zündkerzen vorgenommen werden. Hierbei kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass auch Zündkerzen mit Fehlfunktionen in den Verkehr gebracht werden. Es wäre daher wünschenswert, ein verbessertes Überprüfungsverfahren für Zündkerzen zu haben.
• In diesem Zusammenhang bereits bekannte Vorrichtungen und Verfahren sind in der US 5 687 082 A , in der DE 10 2014 219 722 A1 und in der CN 201 367 972 Y offenbart.
• Offenbarung der Erfindung
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung eines Zündfunkens einer Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Überprüfung eines Zündfunkens deutlich schneller und einfacher ausgeführt werden kann. Hierbei kann erfindungsgemäß ein höheres Qualitätsniveau bei der Zündkerzenherstellung erreicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Stromsignal und ein Spannungssignal während der Erzeugung des Zündfunkens erfasst werden und mathematisch miteinander zu einem Ausgangssignal verknüpft werden. Hierbei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Auslösen eines Zündimpulses für Zündkerzen, das Erfassen von Strom I und Spannung U der Zündkerze während des Erzeugens des Zündfunkens und des Berechnens eines Signalwerts S. Der Signalwert S wird dabei mittels der Gleichung S = I^a · U^b berechnet, wobei gilt 0 < a und b < 10. Anschließend erfolgt ein Klassifizieren des Signalwertes S in eine erste Klasse von Nutzfunken, eine zweite Klasse von Fehlfunken oder eine dritte Klasse von Gleitfunken. Der Nutzfunke entsteht dabei zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode und bedeutet, dass der Zündfunke ausreichend für die Entzündung eines zündfähigen Gemisches ist. Somit ist die Zündkerze ein Gutteil. Ein Fehlfunke ist eine Entladung durch einen Isolator der Zündkerze, insbesondere eine Keramik, üblicherweise aufgrund eines Materialfehlers in dem Isolator. Der Materialfehler kann beispielsweise ein Durchschlagskanal oder ein Riss oder ein abgesprengter Materialbereich oder dergleichen sein. Ein Gleitfunke ist eine elektrische Entladung entlang der Außenseite des Isolators. Derartige Gleitfunken sind für die meisten Kerzentypen nicht für eine ordnungsgemäße Zündung eines Gemischs geeignet.
• Somit kann nach der Klassifizierung des Zündfunkens eine Entscheidung getroffen werden, ob die überprüfte Zündkerze ein Gutteil oder ein Ausschussteil ist. Da die erfindungsgemäße Überprüfung des Zündfunkens sehr schnell und einfach ausgeführt werden kann, kann eine deutlich höhere Anzahl von hergestellten Zündkerzen getestet werden. Vorzugsweise werden alle hergestellten Zündkerzen durch das erfindungsgemäße Verfahren überprüft.
• Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
• Besonders bevorzugt wird während des Erzeugens eines einzigen Zündfunkens ein Stromverlauf und ein Spannungsverlauf überprüft, wobei mehrere Werte für den Strom I und mehrere Werte für die Spannung U erfasst werden. Hierbei kann eine Signalreihe von Signalwerten S erzeugt werden und die Signalreihe klassifiziert werden. Alternativ kann aus der Signalreihe von einer Vielzahl von Signalwerten S ein einzelner Signalwert ermittelt werden und für die Klassifikation verwendet werden.
• Besonders bevorzugt erfolgt das Klassifizieren des Signalwertes S mittels eines neuronalen Netzwerks. Ein großer Vorteil des neuronalen Netzwerks besteht darin, dass dieses lernfähig ist. Das heißt das neuronale Netzwerk kann nach einer Trainingsphase eine Klassifikation eines berechneten Signalwerts S des Zündfunkens durchführen.
• Vorzugsweise wird jeder neu gemessene und klassifizierte Signalwert S zur Klassifikation des nächsten Signalwertes S genutzt. Hierdurch wird ein lernendes System realisiert, welches mit der Vielzahl von durchgeführten Messungen immer genauer wird.
• Besonders bevorzugt wird der Zündfunke der Zündkerze ohne weitere Prüfverfahren klassifiziert. Somit kann der Zündfunke ausschließlich durch Erfassen eines Stromwertes und eines Spannungswertes während der Erzeugung des Zündfunkens klassifiziert werden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren sehr kostengünstig und einfach ausgeführt werden.
• Weiter bevorzugt erfolgt die Bestimmung der Werte für a und b iterativ. Bevorzugt liegen die Werte für a und b dabei in den folgenden Bereichen: $$0<\text{a}\le 3$$

  

  und $$0<\text{b}\le 3.$$

  
• Ein besonders bevorzugtes Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung ist bei einer Produktion von Zündkerzen. Hierbei kann eine Vielzahl von produzierten Zündkerzen, vorzugsweise alle produzierten Zündkerzen, überprüft werden.
• Weiter bevorzugt erfolgt eine Bestimmung der Klassen der Klassifikation vor einer Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren mittels eines überwachten Lernverfahrens. Hierbei ist zwar das Einlernen des Klassifizierens aufwändig, jedoch können nach dem Einlernen genauere Ergebnisse und Klassifikationen für den Signalwert S erreicht werden.
• Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
• Figurenliste
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
• 1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Zündkerze 1 mit einem Prüfungsaufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren.
• Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
• Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein Prüfaufbau sowie ein Verfahren zur Überprüfung eines Zündfunkens einer Zündkerze 1 im Detail beschrieben.
• 1 zeigt schematisch eine teilweise geschnittene Ansicht der Zündkerze 1. Die Zündkerze 1 umfasst einen Isolator 2, vorzugsweise aus einer Keramik, sowie ein metallisches Gehäuse 3. Ferner umfasst die Zündkerze 1 eine Mittelelektrode 4 und eine Masseelektrode 5.
• Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch wird zwischen der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5 ein Nutzfunken 10 erzeugt, was in 1 schematisch dargestellt ist.
• Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit die Schritte des Auslösens eines Zündimpulses für einen Zündfunken zwischen der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5.
• Gleichzeitig wird wenigstens ein Stromwert I und ein Spannungswert U der Zündkerze während der Erzeugung des Zündfunkens ermittelt. Hierzu umfasst der Prüfungsaufbau eine Vorrichtung 7 zur Erfassung eines Stromwerts I und eine Vorrichtung 8 zur Erfassung eines Spannungswerts U.
• Der Prüfaufbau umfasst ferner noch eine Recheneinheit 6. Die Recheneinheit 6 kann beispielsweise Teil eines Steuergeräts zur Ansteuerung der Zündkerze zur Erzeugung des Zündfunkens sein. Die Recheneinheit 6 ist dabei mit der Vorrichtung 7 zur Erfassung des Stromwerts I und der Vorrichtung 8 zur Erfassung des Spannungswerts U verbunden.
• Ein erfasster Stromwert I und ein erfasster Spannungswert U werden bei der Erzeugung des Zündfunkens zur Recheneinheit 6 zugeführt. Die Recheneinheit 6 berechnet dann einen Signalwert S mittels der Gleichung $$\text{S}={\text{I}}^{\text{a}}\cdot {\text{U}}^{\text{b}}.$$

  

  a und b sind hierbei Variablen, wobei 0 < a ist und b < 10 ist.
• Anhand des berechneten Signalwerts S klassifiziert die Recheneinheit 6 dann den erzeugten Zündfunken in eine erste Klasse von Nutzfunken oder eine zweite Klasse von Fehlfunken oder eine dritte Klasse von Gleitfunken.
• Hierbei kann während des Erzeugens des Zündfunkens jeweils ein einzelner Wert des Stroms I und der Spannung U erfasst und klassifiziert werden. Alternativ können auch mehrere erfasste Werte für den Strom I und die Spannung U während der Erzeugung eines einzelnen Zündfunkens erfasst werden. Somit kann beispielsweise auch ein Stromverlauf und ein Spannungsverlauf während der Erzeugung eines einzelnen Zündfunkens bestimmt werden.
• Die Klassifikation erfolgt vorzugsweise mittels eines neuronalen Netzwerkes. Da neuronale Netzwerk wurde hierbei vor Verwendung im Verfahren eingelernt, so dass nun bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Signalwert S entsprechend in eine der drei Klassen einklassifiziert werden kann.
• Die Wahl der Variablen a und b erfolgt hierbei iterativ und in Abhängigkeit von einem Lernerfolg des neuronalen Netzwerks.
• Das Einlernen des neuronalen Netzwerks kann beispielsweise mit etablierten Trainingsalgorithmen (z.B. scaled conjugate gradient) und/oder Fitnessfunktionen (z.B. cross-entropy) erfolgen. Der Lernprozess des neuronalen Netzwerks ist dann beendet, wenn ein Klassifizierungsfehler des neuronalen Netzwerks unter einen vorbestimmten, beispielsweise unter 1 %, fällt.
• Somit kann eine Überprüfung einer Zündkerze 1 hinsichtlich ihres erzeugten Zündfunkens ohne Verwendung eines optischen Verfahrens oder eines anderen Verfahrens ausschließlich mittels des neuronalen Netzwerks erfolgen. Da das Verfahren sehr schnell und kostengünstig ist, kann eine Vielzahl von Zündkerzen in kurzer Zeit überprüft werden. Dadurch wird es möglich, dass eine Vielzahl von hergestellten Zündkerzen, vorzugsweise alle hergestellten Zündkerzen, nach einem Produktionsprozess überprüft werden. Dadurch wird eine signifikant verbesserte Qualitätsquote bei der Herstellung von Zündkerzen erreicht.

Claims (9)

1. Verfahren zur Überprüfung eines Zündfunkens (10) einer Zündkerze (1), umfassend die Schritte: - Auslösen eines Zündimpulses für eine Erzeugung eines Zündfunkens (10), - Erfassen eines Stromwertes (I) und eines Spannungswertes (U) der Zündkerze während der Erzeugung des Zündfunkens, - Berechnen eines Signalwertes (S) mittels der Gleichung $$\text{S}={\text{I}}^{\text{a}}\cdot {\text{U}}^{\text{b}}$$

   

   wobei 0 < a ist und b < 10 ist, und - Klassifizieren des Signalwertes (S) in eine erste Klasse von Nutzfunken oder eine zweite Klasse von Fehlfunken oder eine dritte Klasse von Gleitfunken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während der Erzeugung eines einzigen Zündfunkens eine Vielzahl von Stromwerten (I) und von Spannungswerten (U) erfasst werden und insbesondere ein Stromverlauf und ein Spannungsverlauf während der Erzeugung eines einzigen Zündfunkens erfasst wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klassifizierung des Signalwerts (S) mittels eines neuronalen Netzwerkes erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder neu gemessene und klassifizierte Signalwert (S) zur Klassifikation des nächstens erfassten Signalwertes (S) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zündfunke ohne weitere Prüfverfahren klassifiziert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der Werte für a und b iterativ erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren bei einer Produktion von Zündkerzen eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der Klassen der Klassifikation vor einer Verwendung im Verfahren mittels eines überwachten Lernverfahrens ausgeführt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

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