DE19610862A1 - Induktive Zündeinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer induktiven Zünd­ einrichtung für Zündkerzen einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1, außerdem von ei­ nem Verfahren zur Ansteuerung einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 10.

Induktive Zündeinrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie können Einzelfunkenspulen aufweisen oder mit einer elektronischen Hochspan­ nungsverteilung ausgerüstet sein. Außerdem sind Verfahren der oben genannten Art bekannt. Insbeson­ dere bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ist es häufig problematisch, eine Ionenstrommessung durchzuführen, anhand derer das Verbrennungsverhal­ ten der Brennkraftmaschine überwacht werden kann. Es hat sich auch gezeigt, daß in diesem Betriebszu­ stand die für einen Entladungsvorgang vorgesehene Energie nicht restlos über eine Zündkerze abgebaut werden kann, sondern daß vielmehr Restenergie nach Beendigung des Zündvorgangs vorhanden ist, aufgrund derer die Verlustleistung in der Zündeinrichtung stark ansteigen kann. Es wurde bereits versucht, eine Strombegrenzung in der Zündendstufe der Zünd­ einrichtung vorzusehen oder eine Strombegrenzung über Primärwiderstände durchzuführen. In beiden Fällen ergeben sich jedoch hohe Verlustleistungen in der Zündendstufe oder in der Zündspule. Es wurde außerdem versucht, die Energie der Zündspule durch Rücknahme der Schließzeit bei hohen Drehzahlen ab­ zusenken. Es hat sich hier jedoch das Problem erge­ ben, daß nicht in allen Betriebsbedingungen ein ausreichendes Spannungs- und Energieangebot sicher­ gestellt werden kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße induktive Zündeinrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen und das Ver­ fahren mit den in Anspruch 10 aufgeführten Merkma­ len zeichnen sich dadurch aus, daß die hier genann­ ten Nachteile vermieden werden. Es ist sicherge­ stellt, daß eine Ionenstrommessung durchgeführt werden kann, ohne daß das Spannungsangebot und der sekundäre Anfangsstrom, der der Zündkerze zugeführt wird, verringert werden müssen. Außerdem wird ein sogenannter Restenergiebetrieb bei Mehrzylindermo­ toren auch bei hoher Drehzahl, selbst bei Ansteue­ rung mit nur einer Endstufe, vermieden. Dabei kann bei vorgegebener Energie eine Ansteuerung der Zünd­ kerzen mit einem niedrigen Anfangsstrom erfolgen, so daß sich ein niedriger Kerzenverschleiß ergibt.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer in­ duktiven Zündeinrichtung, die jeweils eine Einzelfunkenspule für je eine Zünd­ kerze aufweisen;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer indukti­ ven Zündeinrichtung mit einer elektroni­ schen Hochspannungsverteilung;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer induk­ tiven Zündeinrichtung mit elektronischer Hochspannungsverteilung und

Fig. 4 ein schematisches Diagramm von Spannungen und Strömen, die innerhalb der induktiven Zündeinrichtungen gemäß den Fig. 1 bis 3 gemessen werden können.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer induktiven Zündeinrichtung 1, bei der jeder Zünd­ kerze 3 einer Brennkraftmaschine eine auch als Ein­ zelfunkenspule bezeichnete Zündspule 5 zugeordnet ist, die über eine Zündendstufe ansteuerbar ist, von der hier lediglich das Ansteuersignal 7 über der Zeit angedeutet ist, das auf eine Schaltein­ richtung, hier einen Transistor 9, gegeben wird.

Auf der Primärseite der Zündspule 5 ist eine Primärwicklung 11′ vorgesehen, die einerseits mit ei­ ner mit einem Pluszeichen gekennzeichneten Span­ nungsversorgung und anderseits über den Transistor 9 mit Masse verbunden ist. Auf der Sekundärseite der Zündspule 5 ist an deren Hochspannungsausgang 11 ein Hochspannungsschalter 13 vorgesehen, der in dem Verbindungspfad 15 zwischen Hochspannungsaus­ gang 11 und Zündkerze 3 angeordnet ist. Die an dem Hochspannungsausgang 11 angeschlossene Wicklung 17 der Sekundärseite der Zündspule 5 ist andererseits über eine Meßschaltung 19 auf Masse gelegt. Die Meßschaltung 19 umfaßt in Parallelschaltung eine Zenerdiode 21, die mit ihrer Kathode an einem An­ schlußpunkt 23 und mit ihrer Anode an Masse liegt. Zwischen dem Anschlußpunkt 23 und Masse liegt par­ allel zur Zenerdiode 21 eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 25 und einer Diode 27, deren Ka­ thode an Masse und deren Anode mit dem Kondensator 25 verbunden ist. An der Anode der Diode 27 bezie­ hungsweise dem Kondensator 25 ist ein Widerstand 29 angeschlossen, der andererseits auf Masse liegt. Der Widerstand 29 liegt damit parallel zur Diode 27. An der Verbindungsstelle zwischen Diode 27 und dem Kondensator 25, an der auch der Widerstand 29 angeschlossen ist, ergibt sich ein Meßspannungsaus­ gang 31, an den eine dem Ionenstrom proportionale Spannung gemessen werden kann.

Für jede Zündkerze 3 der Brennkraftmaschine ist eine Zündspule 5 und vorzugsweise auch eine Meß­ schaltung 19 vorgesehen.

Der Kern der induktiven Zündeinrichtung 1 ist der Hochspannungsschalter 13, der auf der Sekundärseite der Zündspule 5 vorgesehen und hier als Hochspan­ nungskippdiode ausgebildet ist, deren Kathode am Hochspannungsausgang 11 und deren Anode an der Zündkerze 3 liegt. Durch eine parallel zum Hoch­ spannungsschalter liegende, gestrichelt eingezeich­ nete, entgegengesetzt polarisierte Diode 33 ist an­ gedeutet, daß der Hochspannungsschalter 13 rück­ wärts leitend ausgebildet ist. Die Diode 33 läßt auch bei ausgeschaltetem Hochspannungsschalter ein positives Potential vom Hochspannungsausgang 11 und über den Verbindungspfad 15 zur Funkenstrecke 35 der Zündkerze 3 gelangen. Das positive Potential U wird über den Kondensator 25 an die Funkenstrecke 35 angelegt, um einen Ionisierungsstrom I_ION auf bekannte Weise messen zu können. Dieser Ionisie­ rungsstrom gibt Aufschluß über den Verbrennungsvor­ gang, insbesondere über ein Klopfen des der Zünd­ kerze 3 zugeordneten Zylinders und über die im Brennraum ablaufende Verbrennung.

Der auf der Primärseite der Zündspule 5 durch den Transistor 9 fließende Strom wird mit I₁ bezeich­ net, der auf der Sekundärseite fließende Strom mit I₂. Das an die Basis des Transistors 9 angelegte Ansteuersignal, welches von einer hier nicht darge­ stellten Endstufenansteuerung stammt, wird mit U_ES bezeichnet. Durch ein Blitz-Symbol wird der Zünd­ zeitpunkt angedeutet.

Die induktive Zündeinrichtung 1′, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, weist grundsätzlich gleiche Bauteile auf, wie die Zündeinrichtung in Fig. 1. Übereinstimmende Teile wurden mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Bei der induktiven Zündeinrichtung 1′ gemäß Fig. 2 wird ein Ansteuersignal 7 einer hier nicht darge­ stellten Endstufenansteuerung auf einen hier wie­ derum als Transistor 9 angedeuteten Schalter ge­ legt, der eine einzige Zündspule 5 ansteuert, an die mehrere parallel liegende Zündkerzen 3a bis 3n angeschlossen sein können. Zwischen dem Hochspan­ nungsausgang 11 auf der Sekundärseite der Zündspule 5 sind über einen Verbindungspfad 15 die Zündkerzen 3a bis 3n jeweils über Hochspannungsschalter 13a bis 13n angeschlossen. Dabei ist jeder Zündkerze ein separater Hochspannungsschalter zugeordnet. Durch eine parallel zu den Hochspannungsschaltern 13a bis 13n liegende, gestrichelt eingezeichnete Diode 33a bis 33n ist angedeutet, daß die Hochspan­ nungsschalter rückwärtsleitend ausgebildet sind.

Durch entsprechende Ansteuerung der Hoch­ spannungsschalter wird die Energie der Zündspule 5 auf die Zündkerzen 3a bis 3n (elektronisch) ver­ teilt. Fig. 2 zeigt also eine Zündeinrichtung mit elektronischer Hochspannungsverteilung.

Auf der Sekundärseite der Zündspule 5 ist an dem Hochspannungsausgang 11 gegenüberliegenden Ende der Wicklung 17 wiederum eine Meßschaltung 19 vor­ gesehen, deren Aufbau identisch ist, wie der in Fig. 1 dargestellte und erläuterte. Es wird daher auf das zu Fig. 1 Gesagte verwiesen.

Auf der Primärseite der Zündspule 5 fließt ein Strom I₁, auf der Sekundärseite ein Strom I₂, der über die Hochspannungsschalter 13a bis 13n an die jeweilige Zündkerze 3a bis 3n weitergeleitet wird. Die Ansteuerung der Zündspule 5 erfolgt wiederum über ein als U_ES bezeichnetes Ansteuersignal 7 ei­ ner hier nicht dargestellten Endstufenansteuerung, das an die Basis des Transistors 9 gelegt wird. Durch ein Blitz-Symbol ist der Zündzeitpunkt wie­ derum angedeutet.

Der Hochspannungsschalter 13a bis 13n ist hier rein beispielhaft als lichtgetriggerte Kippdiode (LKD) ausgebildet, die eine überkopf schaltbare Hochspan­ nungsdiode 13′a beziehungsweise 13′n sowie einen lichtsteuerbaren Schalter 13′′a beziehungsweise 13′′n umfaßt. Der lichtsteuerbare Schalter kann über ein Lichtsignal gesteuert werden, das über ein geeignetes Lichtabgabeelement, beispielsweise eine Leuchtdiode, erzeugt wird. Das zur Durchschaltung erforderliche Licht wird durch zwei wellenförmige Pfeile angedeutet. Der zur Erzeugung des Lichts er­ forderliche Strom ist mit I_EHV gekennzeichnet.

Innerhalb des Hochspannungsschalters 13a bezie­ hungsweise 13n sind die beiden Dioden, also der lichtsteuerbare Schalter und der überkopf schalt­ bare Schalter in Reihe geschaltet, wobei die Anode des überkopf schaltbaren Schalters 13′a/13′n an der Zündkerze 3a/3n angeschlossen ist und dessen Ka­ thode an der Anode des lichtsteuerbaren Schalters 13′′a/13′′n. Die Kathoden der lichtsteuerbaren Schalter werden über den Verbindungspfad 15 mit dem Hochspannungsausgang 11 der Zündspule 5 verbunden. In Fig. 2 ist angedeutet, daß die Zündkerzen 3a bis 3n mit einem negativen Potential angesteuert werden. Die lichtgetriggerten Kippdioden 13a bis 13n sind, wie oben erwähnt, rückwärts leitend aus­ gebildet, das heißt, sie sind bei einem bestimmten positiven Meßpotential, der Ladung des Kondensators 25, leitend, so daß der über der Funkenstrecke der Zündkerzen 3a bis 3n gegebene Ionenstrom I_ION er­ faßt werden kann. Die für die Ionenstrommessung verwendete Meßspannung beträgt 100 V bis 500 V, vorzugsweise 200 V bis 300 V. Dies gilt für alle Schaltungsvariationen.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante der in Fig. 2 dargestellten induktiven Zündeinrichtung 1′ mit elektronischer Hochspannungsverteilung. Die Zünd­ einrichtung 1′′ in Fig. 3 unterscheidet sich aus­ schließlich dadurch, daß die Zündkerzen 3a bis 3n mit einem positiven Potential angesteuert werden, das über den Hochspannungsausgang 11 und den Ver­ bindungspfad 15 über die Hochspannungsschalter 13a bis 13n an die Zündkerzen 3a bis 3n gelegt wird. Die Hochspannungsschalter 13a bis 13n sind wiederum als lichtgetriggerte Kippdioden (LKD) ausgebildet und weisen jeweils einen lichtsteuerbaren Schalter 13′′a bis 13′′n und eine Hochspannungskippdiode, die einen überkopf schaltbaren Schalter 13′a bis 13′n darstellt, umfaßt. Die bei der in Fig. 3 dar­ gestellten Schaltung verwendeten Schalter 13a bis 13n sperren in Rückwärtsrichtung.

Die Polung der Dioden der Hochspannungsschalter 13a bis 13n ist umgekehrt als bei dem in Fig. 2 darge­ stellten Ausführungsbeispiel. Die Anoden der licht­ steuerbaren Schalter 13′′a bis 13′′n liegen also über den Verbindungspfad 15 am Hochspannungsausgang 11, während die Kathoden der überkopf schaltbaren Schalter 13′a bis 13′n an den Zündkerzen 2a bis 3n liegen.

Die Meßschaltung 19′ weicht allerdings gegenüber der in Fig. 1 und 2 dargestellten ab: Sie umfaßt beispielweise eine Reihenschaltung aus einem Wider­ stand 37, einer Diode 39 sowie einem Widerstand 41. Der Widerstand 37 ist mit der Primärseite der Zünd­ spule 5 verbunden und zwar hier mit dem Kollektor des Transistors 9. Auf der anderen Seite des Wider­ stands 37 liegt die Anode der Diode 39, deren Ka­ thode mit dem Widerstand 41 und dem Kondensator 42 verbunden ist. Das dem Widerstand 41 gegenüberlie­ gende Ende des Kondensators 42, an dem die dem Io­ nenstrom I_ION proportionale Spannung abgegriffen wird, ist über den Widerstand 44 an Masse gelegt. An dem dem Kondensator 42 gegenüberliegenden Ende des Widerstands 41 ist ein Anschlußpunkt 23 gege­ ben, an dem den Zündkerzen 3a bis 3n zugeordnete Hochspannungsschalter, hier Hochspannungsdioden 43a bis 43n angeschlossen sind, deren Anoden am An­ schlußpunkt 23 und deren Kathoden an dem Ende der Funkenstrecke der Zündkerzen 3a bis 3n angeschlos­ sen sind, an dem auch die Hochspannungsschalter 13a bis 13n liegen. Das gegenüberliegende Ende der Fun­ kenstrecke der Zündkerzen 3a bis 3n liegt auf Masse.

Über die Meßschaltung 19′ wird ein positives Span­ nungssignal an die Zündkerzen 3a bis 3n angelegt, um den Ionenstrom I_ION zu erfassen. Durch die Pola­ risierung der Hochspannungsdioden 43a bis 43n wird vermieden, daß die an die Zündkerzen 3a bis 2n ge­ legte Hochspannung zur Meßschaltung 19′ gelangt.

Im übrigen entsprechen die Bauteile der induktiven Zündeinrichtung 1′′ gemäß Fig. 3 denen der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es wird insofern auf die Beschreibung zu Fig. 2 ver­ wiesen.

Fig. 4 zeigt schematisch den Verlauf der an die Basis des Transistors 9 angelegten Ansteuerungs­ spannung U_ES über der Zeit t, darunter den Primär­ strom I₁ in der Zündspule 5 über der Zeit, außerdem den Sekundärstrom I₂ in der Zündspule 5, der den angesteuerten Zündkerzen zugeleitet wird und in ei­ nem vierten Teildiagramm die an den Zündkerzen an­ liegende Sekundärspannung U₂ über der Zeit t. Schließlich wird in dem letzten, untersten Teildia­ gramm in Fig. 1 der Strom I_EHV angedeutet, der der Ansteuerung der in den Fig. 2 und 3 angespro­ chenen lichtsteuerbaren Schalter 13′′a bis 13′′n und damit der elektronischen Hochspannungsvertei­ lung dient.

Aus der Darstellung in Fig. 4 ist ersichtlich, daß während der sogenannten Schließzeit bis zum Zeit­ punkt t₁ die Ansteuerspannung U_ES anliegt und zum Zündzeitpunkt, der durch ein Blitz-Symbol angedeu­ tet ist, abgeschaltet wird. Bis zum Zeitpunkt t₁ steigt der Primärstrom I₁ linear an und fällt dann schlagartig ab. Bis zum Zeitpunkt t₁ bleibt der Se­ kundärstrom I₂ auf Null und steigt zum Zeitpunkt t₁ auf seinen Maximalwert an. Gleichzeitig ergibt sich zum Zeitpunkt t₁ der Peak für die Zündspannung U₂.

Die gewünschte Funkendauer erstreckt sich über den Zeitraum t₁ bis zum Zeitpunkt t₂. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß während des Zeitraums t₁ t t₂ der Sekundärstrom I₂ im wesentlichen linear ab­ fällt. Die Hochspannungsschalter der induktiven Zündeinrichtungen in den Fig. 1 bis 3 können so gewählt werden, daß die Schalter bei dem zum Zeit­ punkt t2 gegebenen Stromwert von I₂ abschalten, weil nämlich der sogenannte Haltestrom dieser Hoch­ spannungsschalter unterschritten wird.

Durch den Spannungspeak von U₂ wird zum Zeitpunkt t₁ der als überkopf schaltbare Hochspannungskippdi­ ode ausgebildete Hochspannungsschalter 13 der in­ duktiven Zündeinrichtung 1 gemäß Fig. 1 durchge­ schaltet, so daß der Sekundärstrom I₂ über die Fun­ kenstrecke 35 der Zündkerze 3 fließt, wobei der Zündfunke brennt. Der Funke erlischt, sobald der Hochspannungsschalter abschaltet. Dies kann dadurch geschehen, daß der Sekundärstrom den Haltestromwert unterschreitet. Durch die spezielle Auslegung der Hochspannungsschalter kann also sichergestellt wer­ den, daß die Funkendauer begrenzt wird. Die Fun­ kendauer kann aber auch dadurch begrenzt werden, daß der Sekundärstrom I₂ zwangsweise abgeschaltet wird und dadurch der Haltestromwert des Hochspan­ nungsschalters unterschritten wird. Die Abschaltung des Sekundärstroms wird dadurch erreicht, daß über die Ansteuerschaltung zum Zeitpunkt t₂ ein zweites Ansteuersignal A abgegeben wird, aufgrund dessen der Strom I₁ erneut fließt. Das zweite Ansteuersi­ gnal der Endstufenansteuerung wird für einen Zeit­ raum von 10 µs bis 500 µs aufrechterhalten. Beson­ ders bewährt hat sich ein Ansteuersignal von 100 µs Zeitdauer. Während dieses Zeitraums t₂ t t₃ steigt der Strom I₁ und fällt wieder auf den Wert Null ab. Dadurch wird der Stromfluß I₂ zwangsweise beendet. Der Strom I₂ sinkt damit definiert und zwangsweise auf einen Wert ab, der unterhalb des Haltestroms des Hochspannungsschalters liegt. Nach einer Zeitspanne, die auch als Erholzeit bezie­ hungsweise Freiwerdezeit bezeichnet wird, von circa 50 µs kann wiederum eine Spannung in Vorwärtsrich­ tung an den Hochspannungsschalter angelegt werden.

Nach dem Abschalten des Ansteuersignals A zum Zeit­ punkt t₃ steigt die Sekundärspannung U₂ wieder kurz an und fällt dann gegen Null ab. Es findet hier ein rascher definierter Abbau der Restenergie in der Zündspule statt, wobei die Spannung U₂ die Sperr­ spannung der Hochspannungsschalter nicht mehr über­ schreitet. Diese verbleiben also in ihrem ausge­ schalteten Zustand, so daß die Zündkerzen nicht mehr zünden.

Die in Fig. 4 angedeuteten Spannungs- und Strom­ verläufe ergeben sich auch für die in den Fig. 2 und 3 dargestellten induktiven Zündsysteme.

Die als lichtgetriggerte Kippdioden ausgebildeten Hochspannungsschalter 13a bis 13n werden durch Ak­ tivierung der lichtsteuerbaren Schalter 13′′a bis 13′′n eingeschaltet. Die lichtgetriggerten Schalter geben also in aktiviertem Zustand die Verbindung zwischen den überkopf schaltbaren Schaltern und dem Hochspannungsausgang 11 frei, so daß die überkopf schaltbaren Schalter 13′a bis 13′n durch die Über­ spannung U₂ eingeschaltet werden können. Die Frei­ gabe der überkopf schaltbaren Schalter erfolgt durch ein Stromsignal I_EHV, das unmittelbar vor Auftreten der Zündspannung U₂ zum Zeitpunkt t₁ an den lichtsteuerbaren Schalter 13′′a bis 13′′n der Zündkerze 3a bis 3n angelegt wird, der die Energie der Zündspule 5 zugeführt werden soll. Rein bei­ spielhaft wird davon ausgegangen, daß das Schaltsi­ gnal I_EHV 100 µs vor und nach dem Zeitpunkt t₁ an einem der lichtschaltbaren Schalter 13′′a bis 13′′n anliegt. Es ist ersichtlich, daß zur definierten Beendigung der Funkendauer kein weiteres Signal I_EHV an die lichtschaltbaren Schalter angelegt wer­ den muß. Die Abschaltung der lichttriggerbaren Schalter 13a bis 13n, beziehungsweise der diesen Schaltern zugeordneten Hochspannungskippdioden 13 ′a bis 13′n, erfolgt ausschließlich durch das zum Zeitpunkt t₂ angelegte zweite Ansteuersignal A, das im obersten Teildiagramm von Fig. 4 dargestellt ist.

Durch das Signal U_ES wird also auch bei den Zünd­ einrichtungen, die in den Fig. 2 und 3 darge­ stellt sind, der Primärstrom I₁ zum Zeitpunkt t₂ wieder ansteigen, so daß auch dort der Sekundär­ strom I₂ zwangsweise beendet wird und - wie aus Fig. 4 ersichtlich - etwa um 20 mA/50 µs abfällt, so daß die Funkendauer zwangsweise beendet wird. Auch bei den Ausführungsvarianten gemäß den Fig. 2 und 3 wird die Sekundärspannung U₂ bei Abschaltung des zweiten Ansteuersignals U_ES zum Zeitpunkt t₃ wiederum ansteigen, ohne jedoch die Sperrspannung der überkopf schaltbaren Schalter 13′a bis 13′n zu erreichen, und dann gegen Null abfallen. Die Rest­ energie in der Zündkerze wird also rasch abgebaut, ohne daß die Zündkerzen erneut zünden.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Schaltun­ gen zeichnen sich also dadurch aus, daß die Fun­ kendauer gezielt verkürzt werden kann. Dies ist ei­ nerseits dadurch möglich, daß Hochspannungsschalter - sei es solche, die in Fig. 1 dargestellt sind oder solche, die anhand der Fig. 2 und 3 erläu­ tert wurden - eingesetzt werden, deren Haltestrom so gewählt ist, daß der Sekundärstrom I₂ zum Zeitpunkt t₂ deshalb angeschaltet wird, weil der Haltestrom der Hochspannungsschalter unterschritten wird.

Eine wesentlich sichere Funktion der Schaltungen ergibt sich, wenn der Sekundärstrom I₂ gezielt durch ein zweites Ansteuersignal A abgeschaltet wird, das zum Zeitpunkt t₂ erzeugt und an die Zünd­ spule abgegeben wird. Durch das zweite Ansteuersi­ gnal zum Zeitpunkt t₂ wird, wie oben beschrieben, der Sekundärstrom I₂ definiert auf Null herunterge­ führt, so daß die Hochspannungsschalter definitiv abgeschaltet werden und nach einem gewissen Zeit­ raum (Erholungszeit/Freiwerdezeit) abgeschaltet bleiben.

Durch die abgeschalteten Hochspannungsschalter wer­ den die Zündkerzen von der Zündspule abgekoppelt, so daß auch bei Ansteigen der Sekundärspannung U₂ nach dem Zeitpunkt t₃ ein Wiederzünden der Kerzen ausgeschlossen ist.

Aus diesen Erläuterungen ergibt sich einerseits die Funktion der induktiven Zündeinrichtungen gemäß den Fig. 1 bis 3, andererseits das Verfahren zur An­ steuerung einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine mit Hilfe einer induktiven Zündeinrichtung, das sich eben dadurch auszeichnet, daß zur Realisierung einer definierten Funkendauer einer Zündkerze zwei Ansteuersignale erzeugt werden. Das erste Ansteuer­ signal dient dazu, den Zündvorgang zum Zeitpunkt t₁ auszulösen; das zweite zum Zeitpunkt t₂ abgegebene Ansteuersignal A hat den Zweck, den Sekundärstrom in der Zündkerze definiert abzuschalten und damit die Funkendauer zu begrenzen. Es hat sich gezeigt, daß das zweite Ansteuersignal für einen Zeitraum von vorzugsweise 100 µs bereitgestellt werden muß, damit einerseits die Erholzeit/Freiwerdezeit für die verwendeten Hochspannungsschalter eingehalten wird. Andererseits ist aufgrund der kurzen Dauer des zweiten Ansteuersignals sichergestellt, daß beim Abschalten des Primärstroms I₁ der Sekundär­ strom I₂ zum Zeitpunkt t₃ nicht wieder ansteigt.

Durch die spezielle Ausgestaltung der Schaltungen der Fig. 1 bis 3 und durch die Auslegung des Verfahrens können die Zündkerzen mit einem Meßstrom beaufschlagt werden, wobei Meßschaltungen 19 bezie­ hungsweise 19′ eingesetzt werden können, die in den Fig. 1 und 2 beziehungsweise 3 dargestellt und erläutert wurden. Der Meßstrom, der über die Fun­ kenstrecke der Zündkerze fließt, wird ausgewertet, während der Zündfunke nicht mehr brennt. Er fließt aufgrund der im Verbrennungsraum während der Ver­ brennung vorhandenen Ionen. Mit dieser auch als Io­ nenstrommessung bezeichneten Methode kann der Ver­ brennungsvorgang überwacht werden. Der Meßstrom liegt in einem Bereich von 20 µA bis 200 µA. Vor­ zugsweise wird ein Meßstrom von 50 µA bis 100 µA gewählt. Aus den Erläuterungen zu den in den Fig. 1 und 2 verwendeten Hochspannungsschaltern wird deutlich, daß für die Durchführung der Ionenstrom­ messung rückwärts leitende Kippdioden, also rück­ wärts leitende Hochspannungsdioden beziehungsweise rückwärts leitende, lichtgetriggerte Kippdioden eingesetzt werden, so daß die Durchführung der Io­ nenstrommessung mit relativ geringem Aufwand erfol­ gen kann. Wenn, wie anhand von Fig. 1 erläutert, Einzelfunkenspulen eingesetzt werden, ist es mög­ lich, für jede Zündkerze eine separate Meßschaltung vorzusehen. Denkbar ist aber auch, für mehrere, beispielsweise vier Zündkerzen, eine einzige Meß­ schaltung einzusetzen.

In Fig. 3 werden rückwärts sperrende Hochspan­ nungsschalter eingesetzt. Die in Fig. 3 darge­ stellte Meßschaltung ist auch für Anordnungen nach Fig. 1 anwendbar, die Hochspannungsschalter 13 nach Fig. 1 sind dann rückwärtssperrend auszuge­ stalten.

Aus dem oben Gesagten wird ersichtlich, daß die Io­ nenstrommessung bei den in den Fig. 1 bis 3 ge­ zeigten induktiven Zündeinrichtungen möglich ist, ohne daß das an die Zündkerzen abgegebene Span­ nungsangebot oder der sekundäre Anfangsstrom I₂ verringert werden müssen. Durch die definierte "Ab­ schaltung" des Sekundärstroms kann eine hohe Ener­ gie in der Zündspule an die Kerzen abgegeben wer­ den, so daß unter allen Betriebsbedingungen ein ausreichendes Spannungs- und Energieangebot gegeben ist.

Durch die gezielte Abschaltung der Hochspannungs­ schalter, entweder durch eine spezielle Vorgabe des Haltestroms der Hochspannungsschalter oder vorzugs­ weise durch ein zweites Ansteuersignal, wird si­ chergestellt, daß sich keine erhöhte Verlustlei­ stung in der Endstufenansteuerung oder der Zünd­ kerze einstellt.

Durch das Sperren des Hochspannungsschalters kann die in der Zündspule verbliebene Energie mit klei­ ner Zeitkonstante ausschwingen, ohne daß es zum Wiederzünden der Zündkerzen kommt. Schließlich kann durch das gezielte Beenden der Funkendauer ein Re­ stenergiebetrieb bei Mehrzylindermotoren, bei­ spielsweise bei Motoren mit mehr als fünf Zylin­ dern, bei einer hohen Drehzahl und bei einer An­ steuerung mit nur einer Endstufe vermieden werden. Dabei kann bei vorgegebener Energie ein relativ niedriger Anfangsstrom für die Zündkerzen gewählt werden, wobei sich eine entsprechend lange Fun­ kendauer einstellt. Durch den niedrigen Anfangswert des Sekundärstroms I₂ stellt sich ein relativ nied­ riger Kerzenverschleiß ein. Diese Betriebsweise ist besonders im Zusammenhang mit einer elektronischen Hochspannungsverteilung, wie sie anhand der Fig. 2 und 3 erläutert wurde, realisierbar.

Claims (14)

1. Induktive Zündeinrichtung für Zündkerzen einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Ansteuer­ schaltung für wenigstens eine Zündspule und mit mindestens einer Zündkerze, gekennzeichnet durch einen der mindestens einen Zündkerze zugeordneten Hochspannungsschalter (13; 13a bis 13n) der durch ein erstes Ansteuersignal der Ansteuerschaltung in leitenden, eingeschalteten Zustand gebracht wird, der im eingeschalteten Zustand von dem Funkenstrom (I₂) der mindestens einen Zündkerze (3; 3a bis 3n) durchflossen wird und so ausgelegt ist, daß er ohne weitere Ansteuerung im leitenden Zustand bleibt, bis der Funkenstrom einen bestimmten Wert (Halte­ strom) unterschreitet.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung zur defi­ nierten Beendigung der Funkendauer ein zweites An­ steuersignal abgibt.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das zweite Ansteuersignal so kurz ist, daß kein erneuter Sekundärstrom (I₂) erzeugt wird und daß das zweite Ansteuersignal so lang ist, daß der Hochspannungsschalter (12; 13a bis 13n) nach einer Freiwerdezeit in abgeschaltetem Zu­ stand verbleibt.

4. Zündeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einschaltzeit des zweiten An­ steuersignals 10 µs bis 500 µs, vorzugsweise circa 100 µs beträgt.

5. Zündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hoch­ spannungsschalter (13; 13a bis 13n) zwischen einem Hochspannungsausgang (11) auf der Sekundärseite der Zündspule und der Zündkerze (3; 3a bis 3n) angeord­ net ist.

6. Zündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hoch­ spannungsschalter als Kippdiode oder triggerbar ausgebildet ist.

7. Zündeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hochspannungsschalter (13) als rückwärts leitende Hochspannungskippdiode aus­ gebildet ist.

8. Zündeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hochspannungsschalter (13a bis 13n) als rückwärtsleitende, lichtgetriggerte Kippdiode ausgebildet ist.

9. Zündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Zündkerzen (3; 3a bis 3n) mit einem Meßstrom beaufschlagende Meßschaltung (19, 19′) zur Erfassung des Ionen­ stroms.

10. Verfahren zur Ansteuerung einer Zündkerze ei­ ner Brennkraftmaschine mit Hilfe einer induktiven Zündeinrichtung, insbesondere mittels einer induk­ tiven Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung einer definierten Funkendauer einer Zündkerze zwei Ansteuersignale erzeugt werden, wobei das erste An­ steuersignal der Erzeugung des Zündfunkens und das zweite Ansteuersignal der Abschaltung des Sekundär­ stroms und damit der Beendigung der Funkendauer dient.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Ansteuersignal der Ab­ schaltung eines Hochspannungsschalters dient, über den der Funkenstrom zur Zündkerze fließt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ansteuersignal für einen Zeitraum von 10 µs bis 500 µs, vorzugsweise von circa 100 µs bereitgestellt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerzen mit ei­ ner Meßspannung beaufschlagt werden, um den Ver­ brennungsvorgang mit Hilfe einer Ionenstrommessung zu überwachen.

14. Verfahren nach der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßspan­ nung von 100 V bis 500 V, vorzugsweise von 200 V bis 300 V gewählt wird.