DE19520852C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Zündungserkennung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündungserkennung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei modernen Kraftfahrzeugen ist es aus Gründen des Umweltschut­ zes notwendig, die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Ver­ brennungsmotor zu erkennen und sofort Gegenmaßnahmen einzulei­ ten, sofern keine Zündung erfolgt. Werden nämlich keine Gegen­ maßnahmen getroffen, kann das unverbrannte Luft-Kraftstoff- Gemisch in den Katalysator gelangen und diesen zerstören. Es ist deshalb erforderlich, daß jeder Zündaussetzer erkannt wird.

Zur Erkennung der Zündung bzw. Zündaussetzer sind bereits ver­ schiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt.

So ist es möglich, den Druckanstieg im Brennraum, der durch die Verbrennung des Kraftstoff-Gemisches erfolgt, zu messen. Hierfür kann ein Drucksensor innerhalb des Motorblocks angebracht wer­ den. Dies ist sehr aufwendig und kostspielig. Außerdem ist der Drucksensor dann nachteiligerweise enormen thermischen Belastun­ gen ausgesetzt.

Verfahren zur Erzeugung zweier Zündimpulse innerhalb eines Ar­ beitstaktes zur Zündungs- bzw. Fehlzündungserkennung sind bei­ spielsweise in DE 42 18 803 A1, EP 0 546 827 A2 und US 53 88 560 beschrieben. Während in DE 42 18 803 A1 die Amplitude des bei der zweiten Zündung entstehenden Funkenspannungs-Nadelimpulses ausgewertet wird, erfolgt in US 53 88 560 eine zeitliche Analyse des Abfalls der gemessenen Funkenspannung nach der zweiten Zün­ dung. In EP 0 546 827 A2 wird eine entsprechende Analyse des Abfalls des entstehenden Ionenstromes durchgeführt.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird die Winkelgeschwin­ digkeit der Kurbelwelle gemessen, die bei einer erfolgten Ver­ brennung höher als bei einer nicht erfolgten Verbrennung ist. Hierfür sind allerdings zusätzliche mechanische Sensoren notwen­ dig, die äußerst empfindlich sein müssen, um verhältnismäßig geringe Geschwindigkeitsunterschiede erfassen zu können. Solche Sensoren sind ebenfalls aufwendig und kostspielig.

Eine weitere Möglichkeit der Zündungserkennung ist die Messung des Ionenstromes. Hierbei wird der Ionenstrom, der durch die thermische Ionisation des Kraftstoff-Gemisches bei einer Ent­ flammung erfolgt, gemessen. Bei dieser Lösung müssen Dioden ein­ gesetzt werden, die während des Zündimpulses einer enormen Spannung ausgesetzt sind. Solche Dioden sind sehr teuer und emp­ findlich.

Aus WO 92/20912 ist eine Zündungserkennung bekannt, bei der in­ nerhalb eines Arbeitstaktes des Verbrennungsmotors zwei Zünd­ funken erzeugt werden und die Zündspannung des zweiten Zündfun­ kens mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird. Eine erfolgte Entflammung des Kraftstoff-Gemischs wird dadurch detek­ tiert, daß die Zündspannung unterhalb dieses Schwellenwertes liegt. Liegt die Zündspannung dagegen über diesem Schwellenwert, so ist dies ein Kriterium für ein Nichtzünden des Kraftstoff- Gemisches.

Problematisch an diesem Verfahren ist, daß nur die Zündspannung des zweiten Zündfunkens gemessen wird. Hierdurch kann nicht un­ terschieden werden, ob die Verringerung der Zündspannung allein durch die Ionisation des ersten Funkens oder wirklich durch eine erfolgte Entflammung innerhalb des Brennraumes erfolgte. Außer­ dem kann bei diesem Verfahren nicht festgestellt werden, ob eine Entflammung nicht erfolgte, weil kein geeigneter Zündfunke er­ zeugt wurde, oder weil kein Kraftstoff-Gemisch für die Entflam­ mung im Brennraum zur Verfügung stand.

Darüber hinaus ist die gemessene Zündspannung auch noch von äu­ ßeren Faktoren, wie z. B. Spannungsabfall am Zündverteiler und Elektrodenabbrand, abhängig. Solche Faktoren können sich im Lau­ fe der Zeit langsam oder z. B. beim Austausch der Zündkerzen plötzlich verändern. Diese Faktoren können bei Vorgabe nur eines einzigen Schwellenwertes als sicheres Entscheidungskriterium, ob eine Entflammung des Kraftstoff-Gemisches erfolgte, nicht be­ rücksichtigt werden. Die Schwellenspannung abhängig von diesen Faktoren zu variieren, wäre auch bei Einsatz einer entsprechen­ den Rechnersteuerung nur unter großem Aufwand möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zündungserkennung anzugeben, das die oben genann­ ten Nachteile nicht aufweist, und die insbesondere keine mecha­ nischen Komponenten enthält, die einfach in vorhandene Systeme integrierbar ist, und zuverlässig arbeitet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü­ che.

Die Erfindung beruht darauf, mittels eines ersten Zündfunkens das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum eines Kraftfahrzeugver­ brennungsmotors zu entflammen und mit mindestens einem zweiten Zündfunken, der innerhalb desselben Arbeitstaktes gezündet wird, die Entflammung des Kraftstoff-Gemisches nachzuweisen. Erfin­ dungsgemäß sieht die Wechselspannung zum Erzeugen mindestens des zweiten Zündfunkens, vorzugsweise jedoch auch zum Erzeugen des ersten Zündfunkens, eine oder mehrere Perioden von zwei unter­ schiedlich hohen Halbwellen vor, wobei die erste Halbwelle eine Amplitude aufweist, die zwischen der maximal notwendigen Spannung bei vorhandener Ionisierung zwischen den Elektroden einer Zünd­ kerze der Zündanlage und der minimal notwendigen Spannung bei nicht vorhandener Ionisierung liegt und die zweite Halbwelle eine Amplitude aufweist, welche über der maximal notwendigen Spannung liegt. Als Kriterium für eine erfolgte Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches wird erfaßt, ob sich der zweite Zünd­ funke bei der ersten Halbwelle der Wechselspannung ausgebildet hat oder nicht.

Vorzugsweise liegt die Spannung der ersten Halbwelle der Wech­ selspannung zum Erzeugen des oder der Zündfunken zwischen 2 kV und 6 kV. Die Spannung der zweiten Halbwelle ist erfindungsgemäß größer als 30 kV und beträgt vorzugsweise etwa 32 kV.

Ist die Periodendauer der Wechselspannung deutlich kleiner als die Dauer des Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine, kann folgen­ der Funktionsablauf erzeugt werden:
Der erste Zündimpuls wird aus einer oder mehreren Perioden (Zündteilimpulse) der Wechselspannung bestehend erzeugt, wobei die Ausbildung des Zündfunkens während der zweiten Halbwelle er­ folgt. Dieser erste Zündimpuls dient normalerweise zur Entzün­ dung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Nach einer bestimmten Zeit, wie bereits erwähnt, innerhalb des gleichen Arbeitstaktes, wird ein zweiter Zündimpuls erzeugt, der ebenfalls aus mehreren Zündteilimpulsen bestehen kann. Da sich jetzt durch die Flamme erzeugte Ionen zwischen den Elektroden der Zündkerze befinden, kann die niedrige Spannung der ersten Halbwelle des zweiten Zündimpulses den Zündfunken erzeugen. Die Zeit, die nach dem Einschalten der Wechselspannung bis zur Ausbildung des Funkens vergeht, kann zum Beispiel durch Messung des Stromes durch die Zündkerzen zur Ermittlung einer Aussage über die Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches dienen. Ist eine Entflammung durch den durch den ersten Zündimpuls erzeugten Zündfunken erfolgt, tritt der Zündfunke des zweiten Zündimpulses während der ersten Halb­ welle auf. Ist die Entflammung durch den ersten Zündimpuls aus­ geblieben, zündet der Zündfunken während des zweiten Zündimpul­ ses erst mit der zweiten Halbwelle, also später als im Normal­ fall. Dies wird erfindungsgemäß detektiert.

Es kann der Fall eintreten, besonders bei hohen Drehzahlen, daß die Ionisierung, die durch den ersten Funken selbst erzeugt wur­ de, noch nicht vollständig abgebaut wurde. Das bedeutet, daß die zum Erzeugen des zweiten Funkens notwendige Spannung nach unten verschoben wird, also kleiner als beispielsweise 6 kV wird. Um die Amplitude der ersten Halbwelle der Zündwechselspannung wie der in den optimalen Bereich, d. h. in die Mitte zwischen max­ mal notwendiger Spannung mit voller thermischer Ionisierung und minimal notwendiger Spannung mit durch den ersten Funken verur­ sachten Restionisierung zu bringen, kann z. B. die Dauer der beiden Halbwellen untereinander verändert werden, was zu einer Änderung der Amplitude der ersten Halbwelle ausgenutzt werden kann. Ein entsprechendes, im Steuerrechner des Kraftfahrzeuges abgelegtes Kennlinienfeld kann beispielsweise die Steuerung der Amplitude der ersten Halbwelle vornehmen.

Obwohl es grundsätzlich ausreicht, die Zündspannung der beiden Zündimpulse zu messen, ist es ebenso möglich, nicht die Hoch­ spannung selbst, sondern einen ihr proportionalen Wert auszu­ werten. Ein solcher Wert kann beispielsweise die Primärspannung an einem Zündübertrager der Zündanlage sein. Es ist jedoch auch möglich, den primären Ladestrom einer Zündspule der Zündanlage als proportionalen Wert für die Zündspannung auszuwerten.

Ebenso ist es möglich, einen anderen Parameter, der eine Infor­ mation über die Ionisierung der Gasentladungsstrecke enthält, auszuwerten. Beim Heranziehen des primären Ladestromes der Zünd­ spule zeigt sich nämlich, daß der Ladestrom von der Primärinduk­ tivität der Zündspule abhängig ist, solange keine Ionisierung der Entladungsstrecke vorhanden ist. Ist dagegen eine Ionisie­ rung vorhanden, wird die wirksame Primärinduktivität durch die Parallelschaltung der Streuinduktivität verringert. Der Strom­ anstieg in der Zündspule erfolgt schneller. Dieser unterschied in den Stromanstiegen, der z. B. durch Messungen der Zeit vom Beginn des Stromflusses bis zum Erreichen einer bestimmten Stromamplitude ermittelt werden kann, stellt ebenfalls ein aus­ wertbares Maß für die zwischen den Elektroden vorhandene Ioni­ sierung dar.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, innerhalb eines Arbeitstaktes nicht nur zwei Zündimpulse zu erzeugen, son­ dern jeden dieser Zündimpulse in mindestens zwei Zündteilimpulse zu unterteilen. Geeignete Zündanlagen hierfür sind z. B. Hoch­ frequenz-Wechselstromzündanlagen, die in der Lage sind, mehre­ re Funken sehr schnell hintereinander innerhalb eines einzigen Arbeitstaktes zu erzeugen. Die Zündteilimpulse eines Zündimpul­ ses werden so schnell hintereinander ausgelöst, daß sich die Ionisierung, hervorgerufen durch den jeweilig unmittelbar vorhergehenden Zündteilimpuls und den sich hierbei ausbildenden Teilfunken, nur unwesentlich abgebaut hat. Wird hierbei aufgrund des ersten Zündteilimpulses ein Funke ausgelöst und hat sich die Gasentladung ausgebildet, so ist ein großer unterschied zwischen den Zündspannungen dieser beiden Zündteilfunken festzustellen. Ein solcher Unterschied stellt sich nicht ein, wenn sich der erste Teilfunke nicht ausgebildet hat. Zusätzlich kann ein drit­ ter Fall auftreten. Dieser dritte Fall tritt auf, wenn ein im Brennraum befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch durch die Teil­ funken des ersten Impulses gezündet wurde. Jetzt sorgt die im Brennraum befindliche Entflammung für eine Ionisierung der Ent­ ladungsstrecke, was dazu führt, daß der erste Teilfunke des zweiten Funkens bei einer viel geringeren Zündspannung als bei dem ersten Teilfunken des ersten Funkens auftritt. Durch Aus­ wertung der Zündspannungen bzw. Ladeströme der Teilfunken des ersten und des zweiten Funkens kann somit entschieden werden, ob eine nicht erfolgte Zündung auf nicht vorhandenes Kraftstoff- Luft-Gemisch oder Nichtausbildung des Funkens zurückzuführen ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein entsprechendes Signal an eine Steuereinheit gesendet, sobald keine Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches stattgefunden hat. Darüber hinaus wird die Zufuhr des Luft-Kraftstoff-Gemisches an den Brennraum verhindert, um eine Zerstörung des Katalysators zu vermeiden. Schließlich wird dem Fahrer der Brennkraftmaschine ein akusti­ sches oder optisches Signal übermittelt, das die Fehlfunktion anzeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang eines Aus­ führungsbeispieles und Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Zündendstufe zur Zündungserkennung,

Fig. 2 typische Signalverläufe auf der Primärseite der in Fig. 1 dargestellten Zündendstufe,

Fig. 3 typische Signalverläufe auf der Sekundärseite der in Fig. 1 dargestellten Zündendstufe,

Fig. 4 ein Spannungsdiagramm,

Fig. 5 Spannungs- Zeitdiagramme von jeweils vier innerhalb ei­ nes Arbeitstaktes einer Brennkraftmaschine aufeinan­ derfolgenden Zündfunken bei unterschiedlichen Betriebs­ bedingungen.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung für eine Zündendstufe nach der Erfindung. Die Schaltungsanord­ nung weist fünf Klemmen 1, 2, 3, 4 und 5 auf. An der Klemme 1 liegen beispielsweise 200 V, an der Klemme 2 15 V, an der Klemme 3 ein Stromsteuersignal und an der Klemme 4 ein Einschaltsignal an. Die Klemme 5 ist mit Bezugspotential verbunden. Zwischen der Klemme 1 und der Klemme 5 ist ein Kondensator 6 geschaltet, ebenfalls zwischen die Klemme 2 und die Klemme 5 ein Kondensator 7. Zwischen die Klemmen 2 und 5 ist zusätzlich die Reihenschal­ tung eines Widerstandes 8 mit einem Kondensator 9 geschaltet, wobei der Widerstand 8 mit der Klemme 2 in Verbindung steht. Die Klemme 2 ist über einen weiteren Widerstand 10 mit der Klemme 4 in Verbindung. Zwischen der Klemme 3 und der Klemme 5 für Be­ zugspotential ist ein weiterer Kondensator 11 geschaltet. Die Klemme 3 steht mit dem nicht invertierenden Eingang eines Kompa­ rators 12 in Verbindung, dessen invertierender Eingang an den Verbindungspunkt des Widerstandes 8 und des Kondensators 9 ge­ schaltet ist. Der Ausgang des Komparators 12 ist einerseits mit der Klemme 4 in Verbindung und andererseits mit zwei Basisan­ schlüssen von zwei komplementären Transistoren 14, 15, die mit ihren Emitteranschlüssen miteinander in Verbindung stehen. Der Kollektor des npn-Transistors ist an die Klemme 2 und der Kol­ lektor des pnp-Transistors 15 an die Klemme 5 geschaltet. Der Verbindungspunkt der beiden Emitteranschlüsse dieser Transisto­ ren 14, 15 ist über einen Widerstand 16 mit dem Basisanschluß eines Leistungsschalttransistors 18 in Verbindung. Der Kollek­ toranschluß dieses Leistungstransistors 18 ist über die Primär­ wicklung 19 einer Zündspule 20 mit der Klemme 1 in Verbindung. Der Emitteranschluß des Leistungstransistors 18 ist über einen Widerstand 11 an die Klemme 5 für Bezugspotential geschaltet. Parallel zur Laststrecke des Leistungstransistors 18 und dem Widerstand 11 ist ein Kondensator 23 geschaltet, ebenso eine Freilaufdiode 24, die mit ihrem Kathodenanschluß an die Primär­ wicklung 19 der Zündspule 20 gelegt ist.

Der Verbindungspunkt des Widerstandes 8 und des Kondensators 9 ist über einen weiteren Widerstand 13 an den Verbindungspunkt des Leistungstransistors 18 und des Widerstandes 11 gelegt. Die­ ser zuletzt genannte Verbindungspunkt ist zugleich über einen Widerstand 17 an die Basis bzw. das Gate des Leistungstransi­ stors 18 geschaltet.

Die Zündspule weist darüber hinaus eine Sekundärwicklung 21 auf, an deren beiden Anschlüsse die Elektroden 25, 26 geschaltet sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung weist darüber hinaus einen Taktgenerator auf. Dieser Taktgenerator besteht im wesentlichen aus einem Taktgeneratorbaustein 28, dessen Plus­ eingang mit dem Q-Ausgang verbunden ist. Der Q-Ausgang steht darüber hinaus über eine Diode 29 mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 8 und des Kondensators 9 in Kontakt. An diesem Ver­ bindungspunkt ist die Kathode der Diode 29 gelegt. Der Minus- Eingang des Taktgeneratorbausteines 28 ist an die Klemme 4 ge­ schaltet, während der Takteingang über einen Kondensator 30 an die Klemme 5 für Bezugspotential geschaltet ist. Zwischen dem Takteingang des Taktgeneratorbausteines 28 und der Klemme 2 ist ein weiterer Widerstand 31 gelegt.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung einer Zünd­ stufe können im wesentlichen die in den Fig. 2 und 3 be­ schriebenen Signale generiert werden.

In Fig. 2 ist mit A das Einschaltsignal zum Einschalten der Zündendstufe bezeichnet. Dieses Einschaltsignal wird an die Klemme 4 der Zündendstufe angelegt und ist ein Rechtecksignal einer vorgegebenen Dauer. Mit D ist die Gate bzw. Basisspannung des Leistungsschalttransistors 18 bezeichnet. Dieses Signal ist eine Rechteckspannung, deren Längen von dem Strom durch die Zündspule abhängen. Mit C ist der Kollektor-Strom bezeichnet, welcher ein dreiecksförmiges Rampensignal ist. Die Steilheit der Rampe ist wiederum von der Induktivität der Zündspule abhängig. Mit D ist die Kollektor-Spannung am Kondensator 23 der Zündendstufe von Fig. 1 bezeichnet. Die Kollektorspannung ist sinushalbwellenförmig. Der Signalverlauf E bezeichnet den durch diesen Kondensator 23 fließenden Strom, F bezeichnet den Strom durch die Freilaufdiode 24.

In Fig. 3 sind die typischen Signalverläufe auf der Sekundär­ seite der Zündendstufe von Fig. 1 dargestellt. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist nochmals der sinushalbwellenförmige Verlauf der Kollektorspannung anhand der Kurve D dargestellt. G bezeichnet die ideal transformierte Sekundärspannung auf der Sekundärseite der Zündendstufe. Wie die strichlierte Bezugsli­ nie, die 0 Volt darstellt, deutlich macht, zeichnet sich dieser Signalverlauf G durch einen unterhalb von 0 Volt liegenden Be­ reich und einen über 0 Volt liegenden Spannungsbereich aus. Die unterschiedlich schraffierten Flächen sind gleich groß.

Mit H ist die Sekundärspannung mit Kapazität dargestellt. Im Unterschied zum Signalverlauf G oszilliert dieses Signal dort, wo die Kollektorspannung eine Halbwelle zeigt.

Der Signalverlauf I zeigt die typische Sekundärspannung bei an die Sekundärwicklung der Zündspule angeschlossener Zündkerze.

Fig. 4 zeigt, wie die Wechselspannung zum Erzeugen der Zünd­ funken bei der vorliegenden Erfindung beispielhaft zu wählen sind. Ausgehend von der Spannung 0 sind in dem in Fig. 4 dar­ gestellten Diagramm weitere Spannungen eingezeichnet, nämlich U2 = 2 kV, U2 = 4 kV, U3 = 6 kV, U4 = 30 kV und U5 = 32 kV. Bei 2 kV bil­ den sich die Funken im ionisierten Zustand des Elektrodenzwi­ schenraumes aus. Zwischen 6 kV und 30 kV kann eine Zündung im nichtionisierten Zustand erreicht werden, sicher wird die Zün­ dung jedoch bei einer Spannung von größer 30 kV erreicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wechselspannung zum Erzeu­ gen mindestens eines zweiten Zündfunkens, vorzugsweise aber auch dem ersten Zündfunken so gewählt, daß die erste Halbwelle eine Amplitude aufweist, welche zwischen der maximal notwendigen Spannung bei vorhandener Ionisierung zwischen den Elektroden einer Zündkerze der Zündanlage und der minimal notwendigen Span­ nung bei nicht vorhandener Ionisierung liegt. Dies bedeutet im vorliegenden Fall, daß die erste Halbwelle zwischen U1 und U3 und damit im nicht schraffierten Bereich liegen muß. Vorzugs­ weise wird die erste Halbwelle bei U2 = 4 kV gewählt. Die zweite Halbwelle wird dagegen so groß gewählt, daß sie sicher über der maximal notwendigen Spannung liegt, die bei vorhandener Ionisie­ rung zwischen den Elektroden einer Zündkerze der Zündanlage auf­ tritt. Im vorliegenden Fall muß die zweite Halbwelle folglich größer als U4 sein. Vorzugsweise wird die zweite Halbwelle so groß wie U5 gewählt.

Wird der erste und der zweite Zündimpuls auf gleiche Weise und damit mit der gleichen Wechselspannung erzeugt, kann anhand des zweiten Zündimpulses bestimmt werden, ob der erste Zündimpuls für eine Entflammung sorgte oder nicht. Bei einer erfolgten Ent­ flammung kann nämlich bereits die erste Halbwelle des zweiten Zündimpulses einen zündfunken erzeugen. Hat keine Entflammung durch den ersten Zündimpuls stattgefunden, führt dagegen erst die zweite Halbwelle des zweiten Zündimpulses zur Entflammung. Dies natürlich nur, wenn ein Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brenn­ raum vorhanden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt also folgenden Effekt aus:
Die kritische Feldstärke, die zur Ausbildung einer Gasentladung notwendig ist, ist von den im Brennraum vorhandenen Ionen und der vorhandenen Fremdionisierung abhängig. Bei konstanten geome­ trischen Abmessungen und konstanten äußeren Einflüssen ist die zur Ausbildung einer Gasentladung bzw. eines Funkens zwischen zwei Elektroden, z. B. den Elektroden einer Zündkerze, notwendi­ ge Spannung ebenfalls konstant. Werden nun durch Fremdionisa­ tion, z. B. thermische Ionisation, wie sie sich bei einer Ent­ flammung des Kraftstoff-Gemisches im Brennraum ereignet, Ionen in den Bereich der Elektroden gebracht, sinkt die zur Erzeugung eines Funkens notwendige Zündspannung.

Innerhalb eines Arbeitstaktes einer Brennkraftmaschine werden zwei Zündimpulse erzeugt. Der erste Zündimpuls, der idealerweise einen Funken erzeugt, dient zur Entflammung des Luft-Kraftstoff- Gemischs. Mit dem zweiten Zündimpuls wird ebenfalls ein Funke erzeugt. Bei dem zweiten Zündimpuls wird aber detektiert, wann genau sich der Funke ausbildet, also bei der ersten Halbwelle oder bei der zweiten Halbwelle.

Eine Entscheidung, ob diese Ionisierung durch den durch den er­ sten Zündimpuls ausgelösten ersten Funken oder durch die Ent­ flammung des Kraftstoff-Gemischs erfolgte, ist nicht ohne weite­ res möglich. Eine Möglichkeit, dies sicher zu entscheiden, be­ steht darin, die Zeitdauer zwischen den beiden Zündimpulsen so groß zu wählen, daß die durch den ersten Funken erzeugte Ioni­ sierung sicher abgebaut ist. Ist der zweite Spannungswert deut­ lich geringer als der erste, so deutet dies sicher auf eine Ent­ flammung des Kraftstoff-Gemischs hin. Da die Dauer dieser Ioni­ sierung von der angelegten Hochspannung selbst und den Verwirbe­ lungsverhältnissen im Brennraum abhängt, kann eine relativ lange Zeitspanne notwendig sein, bis die Ionisierung abgebaut ist. Dies kann insbesondere bei hohen Drehzahlen zu Zeitproblemen führen, wenn die Zeitdauer länger als eine Arbeitstaktzeitdauer wird, da dann der zweite Impuls nicht mehr während dieses einen Arbeitstaktes gezündet werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zeitdauer der bei­ den Impulse so kurz gewählt, daß sie sicher innerhalb eines Arbeitstaktes liegen. Die Zeitdauer kann dabei konstant oder variabel, z. B. drehzahlabhängig, gewählt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vorteilhafter Weise auch bei Zündanlagen, z. B. Hochfrequenz-Wechselstromzündanlagen anwenden, bei denen mehrere Zündimpulse sehr schnell hin­ tereinander innerhalb eines Arbeitstaktes erzeugt werden können. Mit diesen Anlagen ist, wie nachfolgend gezeigt, eine zusätzli­ che Unterscheidung möglich, ob eine Entflammung des Kraftstoff- Gemischs nicht erfolgt, weil kein Zündfunke erzeugt wurde, oder weil sich kein Kraftstoff-Gemisch im Brennraum befindet.

Dazu werden erfindungsgemäß die beiden oben erwähnten Zündimpul­ se als mindestens je zwei Zündimpulse erzeugt.

Im folgenden wird der Einfachheit halber angenommen, daß ein Zündfunken nur aus zwei Teilfunken besteht. Der zeitliche Ab­ stand dieser beiden Teilfunken ist erfindungsgemäß so gering zu wählen, daß sich die Ionisierung im Brennraum, die durch den Teilfunken hervorgerufen wurde, nur unwesentlich abgebaut hat und die mindestens zwei Teilfunken wie ein einziger Funken er­ scheinen.

Wird in diesem Fall z. B. der erste Teilfunke ausgelöst und hat sich aufgrund des ersten Teilfunkens eine Gasentladung innerhalb des Brennraumes ausgebildet, so wird ein großer Unterschied zwi­ schen den Zündspannungen dieses ersten Teilfunkens und des un­ mittelbar nachfolgenden zweiten Teilfunkens festgestellt. Darüber hinaus erreicht der auf der Primärseite der Zündanlage fließende Kollektorstrom schneller die für die Entflammung nö­ tige Amplitude. Dieser große Unterschied zwischen den beiden Zündspannungen der beiden Teilfunken und zwischen den Steilhei­ ten der Flanken des Kollektorstromes tritt dagegen nicht auf, wenn sich der erste Teilfunke aufgrund des ersten Teilimpulses nicht ausgebildet hat. Bei den nachfolgenden zwei Teilfunken des zweiten Funkens können sich die soeben beschriebenen Zustände ebenfalls einstellen, wobei der erste Teilfunke des zweiten Zündimpulses bei der ersten Halbwelle und damit früher auftritt als wenn der erste Zündimpuls zu keiner Entflammung geführt hat. Zusätzlich kann jedoch hier ein dritter Fall auftreten. Dieser dritte Fall stellt sich ein, wenn ein im Brennraum be­ findliches Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den ersten Teilfunken eines Impulses gezündet wurde. Jetzt sorgt nämlich die im Brenn­ raum befindliche Flamme für eine Ionisierung der Entladungs­ strecke, was dazu führt, daß der erste Teilfunke des zweiten Funkens bei einer viel geringeren Zündspannung als bei dem er­ sten Teilfunken des ersten Funkens auftritt. Durch Auswertung der Stromanstiege der Teilfunken des ersten und des zweiten Fun­ kens bzw. der zugehörenden Ströme durch die Primärwicklung kann somit entschieden werden, ob eine nicht erfolgte Zündung auf ein nicht vorhandenes Kraftstoff-Luft-Gemisch oder eine Nichtaus­ bildung eines Funkens innerhalb des Brennraumes zurückzuführen ist.

Dieses Prinzip wird nachfolgend anhand der Fig. 5 im Zusammen­ hang mit verschiedenen Spannungs-Zeit-Diagrammen näher erläu­ tert. Um das Wesentliche besser darstellen zu können, sind die Kurven auf Symbole für den Zündspannungsverlauf bei ionisierten (Diagramm C, Kurve U2A) bzw. nicht ionisierten (Diagramm C, Kur­ ve U1A) Elektroden- Zwischenraum reduziert.

In Fig. 5a sind Impulse I1, I2 dargestellt, die innerhalb eines Arbeitstaktes AT der Brennkraftmaschine zur Erzeugung von Zündimpulsen herangezogen werden. Zunächst wird davon ausgegan­ gen, daß jeder dieser Impulse I1, I2 aus einem einzigen Impuls I1A, I2A besteht. Die ansteigende Flanke des ersten Impulses I1A erscheint zum Zeitpunkt t1 und die ansteigende Flanke des zwei­ ten Impulses I2A zum Zeitpunkt t2. Die beiden Zeitpunkte t1, t2 liegen innerhalb des Arbeitstaktes AT. Der Abstand zwischen den Zeitpunkten t1, t2 ist so gewählt, daß im Zeitpunkt t2 eine auf­ grund einer durch den ersten Impuls I1A erzeugten Funkenbildung einstellende Ionisierung innerhalb des Brennraumes sicher abge­ klungen ist.

In Fig. 5b sind die zu den erwähnten Zündimpulsen I1A, I2A zu­ gehörenden Zündspannungen U1A, U2A dargestellt, wenn sich in­ nerhalb des Brennraumes keine Entflammung ausgebildet hat. Die Amplituden der beiden Zündspannungen U1A und U2A sind gleich oder annähernd gleich groß, da zum Zeitpunkt des Auftretens des zweiten Zündimpulses I2A keinerlei Ionisierung innerhalb des Brennraumes mehr vorhanden ist. Die Nichtentflammung kann entwe­ der dadurch bedingt sein, daß kein Kraftstoff-Luft-Gemisch in­ nerhalb des Brennraumes vorhanden ist oder dadurch, daß der er­ ste Impuls I1A zu keinem Zündfunken führte.

In Fig. 5c sind die Zündspannungsverhältnisse dargestellt, wenn sich innerhalb des Brennraumes eine Entflammung einstellt. Es ist deutlich die im Vergleich zur Zündspannung U1A des ersten Impulses I1A geringere Zündspannung U2A des zweiten Zündimpulses I2A erkennbar.

Gemäß einer bereits erwähnten Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, jedem der bereits erwähnten Impulse I1A, I2A unmittel­ bar einen weiteren Impuls I1B bzw. I2B folgen zu lassen. Diese weiteren Impulse I1B und I2B sind in Fig. 5a strichliert dar­ gestellt. Diese beiden Impulse folgen den Impulsen I1A bzw. I2A zeitlich so eng aufeinander, daß diese wie ein einziger Zünd­ impuls erscheinen. In den Fig. 5d, 5e und 5f sind die zugehören­ den Zündspannungen bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen dargestellt.

In Fig. 5d sind die Zündspannungen gezeigt, die sich einstellen, wenn sich zwar aufgrund des ersten Zündteilimpulses I1A ein Fun­ ke innerhalb des Brennraumes gebildet hat und sich eine Gasentladung einstellt, jedoch kein Kraftstoff-Luft-Gemisch in­ nerhalb des Brennraumes vorhanden ist. Eine Entflammung kann sich damit nicht einstellen. Diese Nichtentflammung wird, ähn­ lich wie in Fig. 5b, dadurch detektiert, daß die Zündspannung U2A in etwa gleich groß der Zündspannung U1A ist. Daß sich ein Funke aufgrund des ersten Zündimpulses I1A ausgebildet hat, ist anhand der deutlich geringeren Zündspannungen U1B bzw. U2B im Vergleich zu den Zündspannungen U1A bzw. U2A erkennbar. Diese niedrigere Zündspannung U1B bzw. U2B rührt von der durch die durch die Funkenbildung des ersten Zündteilimpulses I1A bzw. I2A bedingten Ionisierung innerhalb des Brennraumes her. Da die Zündteilimpulse I1B und I2B unmittelbar den ersten Zündteilim­ pulsen I1A und I2A folgen, kann diese Ionisierung anhand der niedrigeren Zündspannung U1B bzw. U2B detektiert werden. Die niedrigere Zündspannung ist durch einen steileren Verlauf des Kollektorstromes auf der Primärseite der Zündanlage erfaßbar.

In Fig. 5e sind die Verhältnisse gezeigt, wenn sich aufgrund des ersten Zündteilimpulses I1A kein Funke und damit keine Gasentla­ dung und damit auch keine Entflammung innerhalb des Brennraumes ausbildet. Die Zündspannungen U1A, U1B sowie U2A und U2B sind etwa gleich groß.

In Fig. 5f sind die Verhältnisse bei erfolgter Entflammung dar­ gestellt. Die Zündspannungen U1B, U2A und U2B sind deutlich ge­ ringer als die Zündspannung U1A.

Bezugszeichenliste

1 Klemme
2 Klemme
3 Klemme
4 Klemme
5 Klemme
6 Kondensator
7 Kondensator
8 Widerstand
9 Kondensator
10 Widerstand
11 Widerstand
12 Komparator
13 Widerstand
14 Transistor
15 Transistor
16 Widerstand
17 Widerstand
18 Transistor
19 Primärwicklung
20 Zündspule
21 Sekundärwicklung
23 Kondensator
24 Freilaufdiode
25 Elektrode
19
26 Elektrode
27 Zündkerze
28 Taktgeneratorbaustein
29 Diode
31 Widerstand
A Ein-Signal
B Basisspannung
C Kollektorstrom
D Kollektorspannung
E Kondensatstrom
F Diodenstrom
G Sekundärspannung
H Sekundärspannung mit Kapazität
I Sekundärspannung mit Zündkerze
I1, I2 Impuls, Zündimpuls
I1A, I2A Zündteilimpuls
I1B, I2B Zündteilimpuls
t1, t2 Zeitpunkt
U1A, U2A Zündspannung
U1B, U2B Zündspannung
Us Schwellenwert
148.

Claims (16)

1. Verfahren zur Zündungserkennung für eine Zündanlage einer Brennkraftmaschine, bei dem innerhalb eines Arbeitstaktes ein erster Zündimpuls (I1A) zur Erzeugung eines ersten Zündfunkens und mindestens ein zweiter Zündimpuls (I2A) zur Erzeugung eines zweiten Zündfunkens mittels Wechselspannung erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung zum Erzeugen mindestens des zweiten Zündfunkens eine oder mehrere Perioden von unterschiedlich hohen Halbwellen hat, wobei die erste Halbwelle eine Amplitude aufweist, die zwischen der maximal notwendigen Spannung (U1) bei vorhandener Ionisierung zwischen den Elektroden (25, 26) einer Zündkerze der Zündanlage und der minimal notwendigen Spannung (U3) bei nicht vorhandener Ionisierung liegt und die zweite Halbwelle eine Amplitude aufweist, die über der maximal notwendigen Spannung (U4) bei nicht vorhandener Ionisierung liegt, und daß als Kriterium für eine erfolgte Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erfaßt wird, ob sich der zweite Zündfunke bei der ersten Halbwelle der Wechselspannung ausgebildet hat oder nicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zündfunke mit der gleichen Wechselspannung wie der zweite Zündfunke erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der ersten Halbwelle der Wechselspannung zwischen 2 kV und 6 kV liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannung der ersten Halbwelle größer als 30 kV, vorzugsweise etwa 32 kV, beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Halbwellen einer Periode der Wechsel­ spannung untereinander variiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zeitdauer nach dem Einschalten der Wechsel­ spannung für den zweiten Zündimpuls bis zur Ausbildung des Zünd­ funkens gemessen und als Kriterium für eine erfolgte Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches herangezogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vom Einschalten der Wechselspannung an der Strom durch die Zündspule erfaßt wird und daß die Zeitdauer bestimmt wird, bis der Strom eine die Entflammung kennzeichnende Amplitude erreicht hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Kriterium zur Erkennung der Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches ein Parameter, der eine Information über die Ionisierung der Gasentladungsstrecke enthält, auf der Primärseite der Zündanlage erfaßt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Primärseite der Zündanlage der Ladestrom einer Zündspule (19) der Zündanlage erfaßt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanstieg durch die Zündspule (19) erfaßt wird, und daß ein vorgegebener steiler Stromanstieg als Kriterium für eine erfolg­ te Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches herangezogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanstieg durch die Zündspule durch Messung der Zeit vom Be­ ginn des Stromflusses durch die Zündspule (19) bis zum Erreichen einer vorgegebenen Stromamplitude erfaßt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und zweiten Zündfunken mittels einer Hochfrequenz-Wechselstromzündanlage erzeugt werden, und die bei­ den Zündfunken jeweils aus mehreren, mindestens aber aus zwei Teilfunken (I1A, I1B, I2A, I2B) bestehen, daß die Zündspannungen (U1A, U1B, U2A, U2B) oder ein ihr proportionaler Wert, der je­ weils zuerst auftretenden Teilfunken erfaßt werden, und daß aus diesen beiden Werten eine Differenz U gebildet und als Kriteri­ um für eine erfolgte Entflammung herangezogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden zu einem Zündimpuls (I1, I2) gehörenden Teilimpuls (I1A, I1B, I2A, I2B) die zugehörige Zündspannung (U1A, U1B, U2A, U2B) oder ein ihr proportionaler Wert erfaßt wird, daß jeweils deren Differenz dU gebildet wird, und daß aus dieser Differenz abge­ leitet wird, ob sich ein Zündfunke ausgebildet hat.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Werten von dU und U geschlossen wird, ob eine Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemischs nicht stattgefunden hat, weil sich kein Zündfunke ausgebildet hat, oder weil kein Kraftstoff im Brennraum vorhanden war.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als proportionaler Wert für die Zündspannung die Stromflußzeiten durch die Zündspule der Zündanlage erfaßt und ausgewertet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß, falls keine Entflammung des Luft-Kraftstoff- Gemischs stattgefunden hat, ein Signal an eine Steuereinheit gesendet wird, die Zufuhr des Luft-Kraftstoff-Gemischs an den entsprechenden Brennraum verhindert und dem Fahrer der Brenn­ kraftmaschine ein entsprechendes Signal übermittelt wird.