DE19720532A1 - Verfahren zur Bestimmung des Zustandes von Zündkerzen 3 - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Zustandes von Zündkerzen in den Verbrennungsräumen einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Heute gebräuchliche Zündkerzen bestehen - vereinfacht betrachtet - aus ei­ ner Mittelelektrode, über die der Zündstrom in den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine geleitet wird, einem Isolator, der die Mittelelektrode umgibt, und einem leitfähigen Gehäuse, welches den Isolator umgibt und in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingeschraubt wird. An der dem Verbrennungsraum zugewandten Seite ist an dem leitfähigen Gehäuse die Masseelektrode in einem definierten Abstand von der aus dem Isolator her­ vorstehenden Mittelelektrode angebracht. Dabei sind die Mittelelektrode, der Isolator und die Masseelektrode so angeordnet, daß sich bei der Zün­ dung der Zündkerze der aus der elektrischen Entladung resultierende Zünd­ funken genau zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode ausbil­ det. Die bei der Zündung frei werdende Energie ist von dem zu zündenden Gasgemisch, dem Abstand zwischen der Masseelektrode und der Mittelelek­ trode sowie der Formgebung beider Elektroden abhängig. Dementspre­ chend kann eine Zündkerze bei ihrer Herstellung ihrem Verwendungszweck genau angepaßt werden.

Während dem Betrieb der Brennkraftmaschine kommt es jedoch an der Zündkerze im Verbrennungsraum zu unvermeidlichen Verschmutzungen durch Ablagerung von Verbrennungsrückständen. Dabei scheiden sich bei­ spielsweise Schwefel- und Kohlenstoffverbindungen auf dem Isolator der Zündkerze ab, die unerwünschte Kriechentladungen des Zündstroms bewir­ ken. Dadurch wird die zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode frei werdende Energie vermindert, die Zündfähigkeit der Zündkerze ver­ mindert und es besteht die Gefahr von Zündaussetzern.

Sich derartig verhaltende Abscheidungen auf dem Isolator von Zündkerzen bewirken einen Widerstand parallel zur Zündkerze und werden als Neben­ schluß bezeichnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Nebenschlusses von Zündkerzen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst, wobei auf der Sekundärseite der Zündspule eine Spannung eingekoppelt wird, die selbst zur Zündung der Zündkerze nicht ausreicht. Wird an einem im Sekundärkreis befindlich Meßwiderstand, der in Serie zur Zündkerze geschaltet ist, ein Spannungsabfall gemessen, kann dieser nur von einem Nebenschluß der Zündkerze herrühren. Der Spannungsabfall ist dabei proportional zum Nebenschluß der Zündkerze.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spannung, die über die Zündspule in der Sekundärkreis eingekoppelt wird, eine Wechsels­ pannung ist. Dabei erhält man die zum Nebenschluß der Zündkerze propor­ tionale Spannung durch Filterung der Wechselspannung mit einem geeigne­ ten Bandpaß.

In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Bestim­ mung des Nebenschlusses der Zündkerzen mit einer Ionenstrommessung zu kombinieren, wobei die Ionenstrommessung vorteilhaft mit einer Wechsel­ stromzündung kombiniert werden kann. Eine Schaltungsanordnung zur Io­ nenstrommessung in Verbindung mit einer Wechselstromzündung, wurde bereits in der 196 14 288.1-13 beschrieben. Dabei wird während der Zünd­ phase eines Zylinders eine für die Wechselstromzündung erforderliche Wechselspannung mit einer ersten Frequenz generiert, und während der Meßphase des Zylinders eine für die Ionenstrommessung erforderliche Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz generiert.

Während der Meßphase dient die Zündkerze als Ionenstromsonde für die Ionenstrommessung. Das aus der Messung resultierende Ionenstromsignal wird mit einem zum Meßwiderstand parallelen Tiefpaß ausgefiltert. Die zum Nebenschluß der Zündkerze proportionale Spannung ergibt sich durch Filte­ rung der vom Ionenstrom modulierten Wechselspannung mit der zweiten Frequenz mit einem zum Tiefpaß bzw. zum Meßwiderstand parallelen Band­ paß mit anschließender Gleichrichtung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die zum Neben­ schluß der Zündkerze proportionale Spannung als Eingangsinformation für eine Wartungsintervallanzeige des Kraftfahrzeuges zu nutzen.

Eine nächste vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die zum Nebenschluß der Zündkerzen proportionale Spannung zur Steuerung der Stromstärke des Zündstroms zu nutzen, um die Stromverluste durch die Nebenschlüsse der Zündkerzen zu kompensieren.

Eine zusätzliche Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die zum Neben­ schluß der Zündkerzen proportionale Spannung zur Kompensation der durch den Nebenschluß verursachten Offset-Spannung der Ionenstrom­ messung zu nutzen.

Eine letzte vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, bedingt durch die sequentielle An­ steuerung der Zylinder, der Meßwiderstand auf der Sekundärseite der Zünd­ spule für elektrische Messungen, die an jedem Zylinder der Brennkraftma­ schine vorgenommen werden sollen, gemeinsam genutzt wird. Dabei kann dieser Meßwiderstand unter Umständen ein ganzes Meßequipment reprä­ sentieren.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert werden. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild des Sekundärkreises einer Zündspule mit den für das erfindungsgemäße Verfahren notwendigen Kom­ ponenten bei einer Kombination der Bestimmung des Zustan­ des der Zündkerzen mit einer Ionenstrommessung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Frequenzbandes, aufgetra­ gen über der relativen Intensität der Signale, zur Veranschauli­ chung der Wirkungsweise des Tiefpasses und des Bandpasses.

In der Fig. 1 ist die dargestellte Schaltungsanordnung der Einfachheit hal­ ber mit nur einer Zündendstufe Z und mit einer Zündkerze Zk gezeichnet.

Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen besteht durch die sequentielle Ansteuerung der Zündkerzen Zk die Möglichkeit, bestimmte Teile für alle Zylinder gemeinsam zu nutzen. So kann insbesondere der Meßwiderstand R_meß für alle Zylinder gemeinsam genutzt werden.

Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der zum Nebenschluß der Zündkerze Zk proportionalen Span­ nung durch die Kombination mit einer Ionenstrommessung, die beispiels­ weise mit einer Wechselstromzündung kombiniert ist. Dabei ist auf der Pri­ märseite der Zündspule Zs ein L/C Resonanzkreis angeordnet, der während der Zündphase eine Wechselspannung mit einer ersten, für die Wechsel­ stromzündung angepaßte Frequenz generiert, und während der Meßphase eine Wechselspannung mit einer zweiten, für die Ionenstrommessung an­ gepaßte Frequenz f_meß generiert.

Die Anpassung der Frequenz der Wechselspannung zur Ionenstrommessung dient der vereinfachten Trennung des Ionenstromsignals von der Wechsels­ pannung mit der zweiten Frequenz f_meß.

Die Kombination der Ionenstrommessung mit einer Wechselstromzündung ist darin begründet, daß sich bei einer Wechselstromzündung die Brenn­ dauer des Zündfunkens zu Gunsten der Meßdauer der Ionenstrommessung so weit reduzieren läßt, daß auch bei hohen Motordrehzahlen ein aussage­ kräftiges Ionenstromsignal ausgewertet werden kann.

In der Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild zur Bestimmung der zum Nebenschluß einer Zündkerze (Zk) proportionalen Spannung in Verbindung mit einer Io­ nenstrommessung und einer Wechselstromzündung wiedergegeben, wobei lediglich die Sekundärseite einer Zündspule Zs dargestellt ist, in die eine Wechselspannung mit der zweiten Frequenz f_meß eingekoppelt wird. Auf der Sekundärseite der Zündspule Zs ist die schon genannte Zündkerze Zk ange­ schlossen. Der Zustand der Zündkerze Zk kann näherungsweise durch den Nebenschlußwiderstand R_Ruß parallel zur Zündkerze Zk dargestellt werden.

In Serie zur Zündkerze Zk ist der Meßwiderstand R_meß angeordnet. Parallel zum Meßwiderstand R_meß sind der Tiefpaß Tp zur Auskopplung des Ionen­ stromsignals sowie eventueller Klopfsignale sowie der Bandpaß Bp zur Aus­ kopplung der zum Nebenschluß der Zündkerze Zk proportionalen Spannung angeordnet.

Die Möglichkeit der Verwendung der vom Ionenstrom modulierten Wech­ selspannung mit der zweiten Frequenz f_meß zur Bestimmung des Zustandes der Zündkerze Zk basiert auf folgendem Prinzip. Die Kennlinie einer Zünd­ kerze Zk als Ionenstromsonde ist nichtlinear. Sie weist bei der negativen Polung der Wechselspannung an der Zündkerze Zk eine wesentlich geringe Intensität auf als bei der positiven Polung der Wechselspannung. Dadurch moduliert der Ionenstrom die an der Zündkerze Zk angelegte Wechselspan­ nung mit der zweiten Frequenz f_meß. Das zustandsabhängige ohmsche Ver­ halten der Zündkerze Zk hingegen ist von der Polung der Wechselspannung unabhängig. Dadurch wird die angelegte Wechselspannung nicht moduliert, es werden keine neuen Frequenzen erzeugt.

In der Fig. 2 ist schematisch das Frequenzband f über der relativen Intensi­ tät der Signale aufgetragen, um die Wirkung des Tiefpasses Tp und des Bandpasses Bp darzustellen. Der Tiefpaß Tp filtert aus der modulierten Wechselspannung mit der zweiten Frequenz f_meß das Ionenstromsignal, wel­ ches das Abbild des Brennraum-Druckverlaufes des jeweiligen Zylinders wi­ derspiegelt. Von dem Tiefpaß Tp werden zudem die Klopfsignale gefiltert. Der Bandpaß Bp erfaßt die vom Nebenschluß einer Zündkerze Zk resultie­ renden Signalanteile, die nach der Gleichrichtung die zum Nebenschluß der Zündkerze proportionale Spannung ergeben.

Die zum Nebenschluß der Zündkerzen Zk proportionale Spannung kann zur einer Wartungsanzeige des Kraftfahrzeuges genutzt werden. Dabei wird die nächste Wartung des Kraftfahrzeuges nicht statisch nach Betriebsstunden oder gefahren Kilometern vorgeschrieben, sondern dynamisch entspre­ chend dem Zustand der Zündkerzen Zk oder weiteren Kenngrößen des Kraftfahrzeuges ermittelt und dem Kraftfahrer angezeigt.

Geringfügige Nebenschlüsse an Zündkerzen Zk können zylinderselektiv durch eine entsprechende Erhöhung des Zündstromes auf Basis der zum Nebenschluß der Zündkerzen Zk proportionalen Spannung kompensiert werden.

Durch den Nebenschluß der Zündkerzen Zk wird bei der Modulation der Wechselspannung mit der zweiten Frequenz durch den Ionenstrom eine Offset-Spannung bewirkt. Die ermittelte, zum Nebenschluß der Zündkerzen proportionale Spannung kann zur Kompensation dieser Offset-Spannung bei der Ionenstrommessung genutzt werden.

Die Bestimmung des Zustandes der Zündkerzen einer Brennkraftmaschine durch die Messung der zum Nebenschluß der Zündkerzen Zk proportionale Spannung bildet in Verbindung mit der Ionenstrommessung eine Funkti­ onseinheit, bei der durch die Ionenstrommessung weitgehend die erforder­ lichen Baugruppen bereitgestellt werden, und die Bestimmung des Zustan­ des der Zündkerzen Zk einen Fehler bei der Ionenstrommessung korrigiert, wodurch für den Betrieb eines Kraftfahrzeuges weitere nützliche Funktio­ nen, wie die Wartungskontrolle, ermöglicht werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung des Zustandes einer Zündkerze (Zk) in den Verbrennungsräumen einer Brennkraftmaschine, wobei die Zündkerze (Zk) im Sekundärkreis einer Zündspule (Zs) in Serie mit einem Meßwiderstand (R_meß) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Nebenschlusses der Zündkerze (Zk) über die Zündspule (Zs) eine Spannung in den Sekundärkreis eingekoppelt wird, die zur Zündung der Zündkerze (Zk) nicht ausreicht, und daß durch die am Meßwiderstand (R_meß) abfallende Spannung eine zum Nebenschluß der Zündkerze (Zk) proportionale Span­ nung zur Verfügung steht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sekun­ därkreis der Zündspule (Zs) eine Wechselspannung eingekoppelt wird, daß die am Meßwiderstand (R_meß) abfallende Spannung von einem Bandpaß (Bp) gefiltert wird, und daß die gefilterte Spannung nach der Gleichrichtung als die zum Nebenschluß der Zündkerze (Zk) proportionale Spannung zur Ver­ fügung steht.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Bestimmung des Zustandes von Zündkerzen (Zk) mit einer Ionenstrommessung kombiniert wird, und die Zündkerze (Zk) als Ionen­ stromsonde dient, und die Frequenz der sekundärseitig eingekoppelten Wechselspannung wesentlich höher als die Frequenzen des Ionenstromsi­ gnals ist, und das Ionenstromsignal mit einem Tiefpaß (Tp) parallel zum Meßwiderstand (R_meß) aus der sekundärseitigen Wechselspannung gefiltert wird, und aus dem Ionenstromsignal mit einem Bandpaß (Bp) die zum Ne­ benschluß der Zündkerze (Zk) proportionale Spannung aus der sekundärsei­ tigen Wechselspannung gefiltert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zum Nebenschluß der Zündkerze (Zk) proportionale Spannung als Eingangsinformation für eine Wartungsintervallanzeige des Kraftfahrzeuges genutzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zum Nebenschluß der Zündkerze (Zk) proportionale Spannung zur Steuerung oder Regelung der Zündenergie genutzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Nebenschluß der Zündkerze (Zk) proportionale Spannung zur Kompensation der Offset-Spannung des Ionenstromsignals genutzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine der Meß­ widerstand (R_meß) im Sekundärkreis der Zündspule (Zs) für alle Zylinder (Zk) gemeinsam genutzt wird.