DE19720534C2 - Verfahren zur Beeinflussung des Zündverhaltens von Zündkerzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung des Zündverhaltens von Zündkerzen einer Brennkraftmaschine mit einer Wechselspannungs­ zündanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Beeinflussung des Zündverhaltens von Zündkerzen ist schon bei Zün­ danlagen durchgeführt worden, bei denen die Verteilung der Zündspannung mittels eines Unterbrechers erfolgte.

Beispielsweise ist in der DE 28 25 830 A1 eine Zündanlage mit einer Schalt­ einrichtung beschrieben, die während der Startphase der Brennkraftmaschi­ ne einen auf der Primärseite der Zündspule angeordneten Widerstand schal­ tet, wodurch die Zündspannung angehoben wird.

In der DE 27 29 170 A1 ist eine Zündanlage mit einer drehzahlabhängig arbeitenden Stillstandsschutzschaltung beschrieben, bei der ebenfalls die Zündspannung der Zündkerzen angehoben wird, wodurch Frühzündungen während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine vermieden werden.

Diese Zündanlagen bewirken eine Beeinflussung des Zündverhaltens wäh­ rend einer Phase des Betriebes der Brennkraftmaschine, ein einzelner Zündfunken kann mit diesen Zündanlagen nicht beeinflußt werden.

Eine unterbrecherfreie Zündanlage, die als Zündspannung eine Wech­ selspannung erzeugt, ist beispielsweise aus der DE 39 28 726 A1 bekannt. Die­ ses Zündanlage weist eine selbstschwingende Zündendstufe auf, sowie eine Vorrichtung zur statischen und/oder dynamischen Erfassung des Zündwin­ kels. Die Zündendstufe, die eine Zündspule mit Primär- und Sekundärwick­ lung, einen Kondensator, einen Zündtransistor und eine im Sekundärkreis angeordnete Zündkerze aufweist, erzeugt eine Wechselspannung, welche der Zündkerze zugeführt wird. Nach dem Einschalten des Zündtransistors fließt ein Primärspulenstrom Ipr durch die Zündspule, den Zündtransistor und über einen Meßwiderstand MW. Dabei ergibt sich am Meßwiderstand ein Spannungsabfall U1 = MW × Ipr. Diese Spannung wird mittels eines Komparators mit einer statischen Referenzspannung U2 verglichen. Ist U1 = U2, so hat der Primärspulenstrom seinen gewünschten Endwert erreicht und der Zündtransistor wird abgeschaltet. Daraufhin wird U1 ≠ U2, der Zündtransistor wird wieder eingeschaltet und der Prozeß beginnt erneut. Bei der sich ausbildenden Schwingung zwischen der Zündspule und dem Kon­ densator stellt sich jedesmal der gleiche Primärspulenstrom ein.

Die Vorteile einer derartigen Wechselspannungszündanlage bestehen in der freien Einstellbarkeit des Beginns des Zündvorgangs sowie der Länge der Brenndauer des Zündfunkens der Zündkerzen.

Der Nachteil dieser Wechselspannungszündanlage besteht darin, daß zwar der Primärspulenstrom in Abhängigkeit des Motorkennfeldes für einen Zünd­ vorgang der Zündkerze vorgegeben werden kann, der einzelne Zündvorgang selbst jedoch nicht beeinflußt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Beeinflussung des Zündverhaltens von Zündkerzen einer Brennkraftmaschi­ ne während des Zündvorgangs jeder Zündkerze anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zündenergie des Zündfunkens der Zündkerzen während jedem Zündvorgang auf der Ba­ sis von motorverfügbaren Kennwerten verändert wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Zündenergie des Zündfunkens der Zündkerze durch den Endwert des Primärspulenstromes zu regeln, indem die Referenzspannung am Steuereingang der Wechselspan­ nungszündanlage nicht statisch, sondern dynamisch während des Zündvor­ gangs bereitgestellt wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, als mo­ torverfügbare Kennwerte zur Steuerung des Endwertes des Primärspulen­ stroms die Drehzahl, die Temperatur und den Lastzustand der Brennkraft­ maschine sowie die Abgasrückführungsrate und das Brennstoffgemisch her­ anzuziehen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, für den Funkendurchbruch bei dem Zündvorgang an einer Zündkerze den Steuereingang der Wechselspannungszündanlage mit einer ersten Referenz­ spannung anzusteuern, und für die Erhaltung des Zündfunkens während der Brenndauer der Zündkerze den Steuereingang der Wechselspannungs­ zündanlage mit mindestens einer weiteren Referenzspannung anzusteuern. Dabei können zur Realisierung eines komplexeren Zündvorgangs mehrere weitere Referenzspannungen bereitgestellt werden.

In einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Umschaltung von der ersten Referenzspannung auf die weitere(n) Refe­ renzspannung(en) dann durchzuführen, wenn der jeweilige Zündtransistor der Wechselspannungszündanlage gesperrt ist.

In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Abhängigkeit der Wechselfrequenz der Wechselspannungszündanlage von der Höhe des Primärspulenstromes durch geeignete Maßnahmen zu kompensieren.

Somit steht ein Verfahren zur Beeinflussung des Zündverhaltens von Zünd­ kerzen zur Verfügung, welches erlaubt, die Zündenergie eines Zündfunkens an die Erfordernisse des Verbrennungsvorgangs anzupassen.

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 der Wechselspannungszündanlage,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Spannungsverlaufes am Steuereingang der Wechselspannungszündanlage und des dar­ aus resultierenden Primärspulenstrom sowie der Kollektor­ spannung am Zündtransistor.

In der Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild einer Wechselspannungszündanlage dargestellt, wobei der Einfachheit halber nur eine Zündendstufe mit einer Zündkerze ZK wiedergegeben ist. Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen besteht durch die sequentielle Ansteuerung der Zündkerzen ZK die Möglich­ keit, bestimmte Teile der dargestellten Wechselspannungszündanlage für al­ le Zylinder gemeinsam zu nutzen. So kann insbesondere der Meßwiderstand MW für alle Zylinder gemeinsam genutzt werden.

Die Referenzspannungen U2 am Steuereingang SE der Wechselspannungs­ zündanlage werden auf der Basis von motorverfügbaren Kennwerten be­ reitgestellt. Dies sind in der Hauptsache die Drehzahl, der Lastzustand und die Abgasrückführungsrate der Brennkraftmaschine. Bei hohen Abgasrück­ führungsraten beispielsweise, bei denen das Kraftstoffgemisch im Ansaug­ trakt der Brennkraftmaschine zusätzlich zur Enddrosselung mit nicht brenn­ barem Abgas angereichert wird, besteht die Notwendigkeit, für den Fun­ kendurchbruch einen hohen Primärspulenstrom zur zuverlässigen Entzün­ dung des Kraftstoffgemisches bereitzustellen.

Dazu wird der Steuereingang SE der Wechselspannungszündanlage mit einer hohen Referenzspannung U2₁ angesteuert, bis zu der die am Meßwiderstand MW abfallende Spannung U1 ansteigen muß, bevor der Komparator K der Wechselspannungszündanlage die Gleichheit von U1 und U2 feststellt und der Zündtransistor ZT geschlossen wird. Dabei fließt eine hoher Primärspu­ lenstrom Ipr durch die Zündspule ZS und induziert in dessen Sekundärkreis einen hohen Sekundärspulenstrom bei etwa 30000 Volt, wodurch die Zünd­ energie des Zündfunkens der Zündkerze ZK hoch ist. Nachdem der Funken­ durchbruch erfolgt ist, kann die Zündenergie für die Erhaltung des Zünd­ funkens bei den folgenden Amplituden des selben Zündvorgangs reduziert werden. Dazu wird der Steuereingang SE der Wechselspannungszündanlage mit einer geringeren zweiten Referenzspannung U2₂ angesteuert. Dadurch verkürzt sich die Zeitspanne bis die am Meßwiderstand MW abfallende Span­ nung U1 den Wert der zweiten Referenzspannung U2₂ erreicht hat und der Zündtransistor ZT geschlossen wird. Dementsprechend fließt ein geringerer Primärspulenstrom Ipr durch die Zündspule ZS und induziert in dessen Se­ kundärkreis einen geringeren Sekundärspulenstrom bei etwa 10000 Volt, wodurch die Zündenergie des Zündfunkens entsprechend geringer ausfällt.

Dadurch besteht nicht die Notwendigkeit, die der Zündkerze ZK zugeführte Zündenergie am höchsten Mindestzündenergiebedarf für eine zuverlässige Entzündung des Kraftstoffgemisches auszulegen, sondern den Zündenergie während des Zündvorgangs dem momentanen Zündenergiebedarf anzupas­ sen, wodurch insgesamt eine Reduzierung der benötigten Zündenergie er­ reicht wird. Die Vorteile dieser Reduzierung liegen in einer geringeren Stromaufnahme der Wechselspannungszündanlage bei gleich guter Ent­ flammbarkeit des Kraftstoffes. Zudem sinkt die Netzteilbelastung der Wech­ selspannungszündanlage, wodurch das Netzteil entsprechend kleiner und kostengünstiger dimensioniert werden kann. Weiterhin wird die bei langen Funkendauern zunehmende Erosion der Zündkerzen ZK minimiert.

In der Fig. 2 ist schematisch der zeitliche Verlauf der Referenzspannung U2 bzw. der beiden Referenzspannungen U2₁ und U2₂, am Steuereingang SE der Wechselstromzündanlage für einen einzelnen Zündvorgang an einer Zünd­ kerze ZK aufgetragen. Darunter ist der dazugehörige zeitliche Verlauf des Primärspulenstroms Ipr sowie die Kollektorspannung UK des Zündtransistors ZT aufgetragen.

Dabei ist genau ein Zündvorgang an einer Zündkerze ZK wiedergegeben, wobei sich der Zündfunken aus 16 einzelnen Stromspitzen bildet. Zu erken­ nen ist, daß die hohe erste Referenzspannung U2₁ auch zu hohen Primärspu­ lenströmen Ipr und zu hohen Kollektorspannungen UK führt und daß die ge­ ringere zweite Referenzspannung U2₂ zu geringeren Primärspulenströmen Ipr und zu geringeren Kollektorspannungen UK führt. Zu erkennen ist auch, daß die Frequenz der Wechselspannung der Wechselspannungszündanlage proportional zum Primärspulenstrom Ipr bzw. zur Referenzspannung U2 ist. Je höher der Primärspulenstrom Ipr desto kleiner die Frequenz der Wechsel­ spannung. Eine Kompensation dieser Abhängigkeit könnte beispielsweise durch die Anpassung der Kapazität des primärseitigen Kondensators C1 er­ folgen, wobei die Umschaltung der Kapazität zeitgleich mit der Änderung der Referenzspannung U2 am Steuereingang SE der Wechselspannungszünd­ anlage erfolgen würde, währenddessen der Zündtransistor ZT der Wechsel­ spannungszündanlage gesperrt ist.

Die Steuerung des Endwertes des Primärspulenstromes Ipr durch die Verän­ derung der Referenzspannung U2 am Steuereingang SE der Wechselspan­ nungszündanlage erlaubt die Anpassung der Zündenergie eines Zündfun­ kens an die Erfordernisse des Verbrennungsvorgangs, wobei gegebenenfalls für jede Halbwelle der von der Wechselspannungszündanlage zur Zündung generierten Wechselspannung eine unterschiedliche Referenzspannung U2 vorgegeben werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Beeinflussung des Zündverhaltens von Zündkerzen (ZK) ei­ ner Brennkraftmaschine mit einer Wechselspannungszündanlage, die einen Steuereingang (SE), eine Zündspule (ZS), einen Zündtransistor (ZT) und einen Meßwiderstand (MW) aufweist, bei dem für einen Zündvorgang einer Zünd­ kerze (ZK) die an dem Meßwiderstand (MW) abfallende Spannung (U1) auf Gleichheit mit einer von einem Motorkennfeld vorgegebenen Referenzspan­ nung (U2) am Steuereingang (SE) der Wechselspannungszündanlage vergli­ chen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für diesen Zündvorgang die Zünd­ energie des Zündfunkens der Zündkerze (ZK) entsprechend motorverfügba­ ren Kennwerten verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündener­ gie des Zündfunkens der Zündkerze (ZK) dadurch geregelt wird, daß der Endwert des Primärspulenstroms (Ipr) der Zündkerze (ZK) durch eine Verän­ derung der Referenzspannung (U2) am Steuereingang (SE) der Wechselspan­ nungszündanlage gesteuert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als motorverfügbare Kennwerte zur Bildung der Referenzspannung (U2) Drehzahl, Temperatur und Lastzustand der Brennkraftmaschine, Abgasrück­ führungsrate oder Brennstoffgemisch herangezogen werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuereingang (SE) der Wechselspannungszündanlage für den Funken­ durchbruch bei der Zündkerze (ZK) eine erste, hohe Referenzspannung (U2₁) vorgegeben wird und während der Brenndauer der Zündkerze (ZK) minde­ stens eine weitere, niedrigere Referenzspannung (U2₂) vorgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von der ersten Referenzspannung (U2₁) auf die weite­ re(n) Referenzspannung(en) (U2₂) dann erfolgt, wenn der Zündtransistor (ZT) der Wechselspannungszündanlage abgeschaltet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wechselspannungszündanlage die Abhängigkeit der Frequenz der Wechselspannung von der Höhe des Primärspulenstromes (Ipr) durch die Beeinflussung des Kondensators (C1) kompensiert wird.