DE19817082A1 - Verfahren zur Ansteuerung wenigstens einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung wenigstens einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine, bei dem die der Zündkerze zugeführte Energie zur Auslösung eines Verbrennungsvorganges in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben wird, wobei in einem ersten Schritt eine bestimmte, der Zündkerze zunächst zugeführte Energiemenge von der Zündkerze abgegeben wird, wobei in einem weiteren Schritt überprüft wird, ob der Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde, wobei eine Rückkehr zu dem ersten Schritt erfolgt, wenn der Verbrennungsvorgang nicht ausgelöst wurde, und wobei der Zündvorgang beendet wird, wenn der Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung wenigstens einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Üblicherweise erfolgt eine Ansteuerung der Zündkerzen einer Brennkraftmaschine, bei dem die der Zündkerze zugeführte Energie zur Auslösung eines Verbrennungsvorganges in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben wird. Dabei wird bei einer Transistor-Spulen-Zündanlage der Zündkerze die Energie zugeführt, die unter noch als üblich anzusehenden Bedingungen maximal für die Auslösung der Zündung benötigt wird. Diese Energie liegt bei etwa 100 mJ. Durch diese Auslegung der Zündanlage wird in vielen Fällen eine Energiemenge abgegeben, die oberhalb der Energie liegt, die aufgrund der momentanen Bedingungen für die Durchführung einer Zündung benötigt wird. Dadurch unterliegt die Zündkerze aufgrund dieser Ansteuerung einem Verschleiß, der größer ist als dies eigentlich notwendig ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Betriebsweise einer Zündanlage eines Kraftfahrzeuges zu optimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, wonach in einem ersten Schritt eine bestimmte, der Zündkerze zunächst zugeführte Energiemenge von der Zündkerze abgegeben wird, wobei in einem weiteren Schritt überprüft wird, ob der Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde, wobei eine Rückkehr zu dem ersten Schritt erfolgt, wenn der Verbrennungsvorgang nicht ausgelöst wurde und wobei der Zündvorgang beendet wird, wenn der Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde.

Dadurch wird dem Gemisch im Brennraum über die Zündkerze die zur Auslösung des Verbrennungsvorganges benötigte Gesamtenergie in kleinen Energiepaketen zugeführt. Zweckmäßigerweise liegt die Energiemenge eines dieser Energiepakete in der Größenordnung der Energie, die minimal benötigt wird, um einen Verbrennungsvorgang auszulösen. Durch diese Zuführung der Energie in einzelnen Paketen und die Beendigung der Energiezufuhr, wenn ein Verbrennungsvorgangs ausgelöst wurde, wird die zugeführte Energiemenge in jeder Situation dem Energiebedarf angepaßt, der für die Auslösung des Verbrennungsvorganges benötigt wird. Trotz dieser Verbesserung der Ansteuerung ergibt sich eine Verbesserung der Zündsicherheit. Da in den einzelnen Schritten nur geringere Energiemengen zugeführt werden, ergibt sich eine minimale Baugröße sowie ein minimales Gewicht des Zündsystems.

Durch die Betriebsweise ergibt sich eine Regelung der Zündung bzw. der Auslösung des Verbrennungsvorganges. Weiterhin ergibt sich eine zylinderindividuelle Anpassung der Zündenergie.

Es lassen sich beispielsweise kleine, leichte und kompakte Schachtspulen verwenden, die keinen zusätzlichen Raumbedarf haben und minimale Bogenphasen realisieren lassen. Es ist aufgrund der geringen Abmessungen weiterhin möglich, alle Komponenten wie beispielsweise die Zündkerze, die Verkabelung, die Spule, die Ansteuerung in Kompaktsysteme zu integrieren (Zündrails).

Dadurch reduziert sich der erforderliche Materialaufwand. Weiterhin sinkt der Montage- und Wartungsaufwand, was sich beispielsweise auch in einer Kostensenkung niederschlägt. Es ergeben sich reduzierte Bauraumanforderungen an die Motor- und Fahrzeuggestaltung.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 2 wird der Zündvorgang nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne oder nach Zufuhr einer bestimmten Gesamtenergiemenge pro Zündvorgang beendet.

Dadurch wird vorteilhaft vermieden, daß bei einem Defekt der Zündanlage, der eine erfolgreiche Zündung, d. h. eine Auslösung eines Verbrennungsvorganges, unmöglich macht, ständig Zündenergie verbraucht wird. Weiterhin wird dadurch eine übermäßige Materialbelastung vermieden.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 3 wird mittels der Sensorik, mit der überprüft wird, ob der Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde, der Verbrennungsvorgang überwacht.

Als Sensorik kommt beispielsweise für die Erkennung der Auslösung eines Zündvorganges die Auswertung von UV-, sichtbarer oder IR-Strahlung oder Wärmestrahlung in Betracht. Ebenso kann eine Auswertung des Ionenstromes erfolgen, eine Auswertung des Schalles oder der Schallgeschwindigkeit im Brennraum, eine Auswertung der Kapazitätsänderung der Zylinderladung, die durch die sich ändernde Dielektrizitätskonstante ε_r nach der Auslösung eines Verbrennungsvorganges bedingt ist. Weiterhin können Folgefunken erzeugt werden mit einer Detektion der dabei benötigten Zündspannung. Ist diese Zündspannung klein, ist die Auslösung eines Verbrennungsvorganges erfolgt. Ist die Zündspannung groß, ist noch keine Auslösung eines Verbrennungsvorganges erfolgt. Weiterhin kann die Verbrennung mit einem Wärmeleitungssensor an der Brennraumoberfläche bzw. der Zündkerze erfaßt werden oder mittels der Wandtemperaturänderung im Brennraum bzw. an der Zündkerze.

Wird beispielsweise als Sensorik die Ionenstrommessung mit der Zündkerze verwendet, wobei diese Messung außerhalb des eigentlichen Zündvorganges erfolgt, können weitere Funktionen übernommen werden wie beispielsweise eine Aussetzerkennung, eine Klopferkennung, die insbesondere unabhängig ist von einer Drehzahl und Zylinderbegrenzung, eine Selbstüberwachung der Zündanlage, eine Analyse des Brennverlaufes sowie gegebenenfalls die zylinderselektive Erfassung von Gemisch- und Thermodynamikgrößen. Wegen der guten Zeitauflösung einer solchen Messung können beispielsweise anstelle bisheriger Motorsteuerungen, Motorregelungen verwendet werden. Damit werden zusätzliche Verbesserungsmöglichkeiten für die Motoroptimierung erschlossen.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 4 wird die bei einem Zündvorgang zugeführte Gesamtenergie ermittelt und anhand der sonstigen Betriebszustände ein Erwartungswert für die benötigte Zündenergie ermittelt. Weiterhin wird ein Vergleich durchgeführt zwischen der zugeführten Gesamtenergie und dem Erwartungswert, wobei aus einer Abweichung oberhalb eines Grenzwertes zwischen der Gesamtenergie und dem Erwartungswert ein Fehlerfall abgeleitet wird.

Es kann beispielsweise erkannt werden, ob die benötigte Energiemenge für eine Auslösung eines Verbrennungsvorganges in einem oder mehreren Zylindern dauerhaft größer ist als der Erwartungswert. Es können dann entsprechende Fehlerquellen lokalisiert werden wie beispielsweise ein Defekt einer einzelnen Zündkerze, bei der sich möglicherweise ein zu großer Elektrodenabstand eingestellt hat.

Die Zündanlage kann beispielsweise eine Transistor-Spulen-Zündung, eine Hochspannungs- Kondensator-Zündung, eine Wechselstromzündung, eine Hochfrequenzzündung oder eine Plasmazündung sein. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Hochspannungs-Kondensator-Zündung oder einer Wechselstromzündung erwiesen.

Vorteilhaft werden durch die Erfindung On-Board-Diagnosesysteme unterstützt, deren Einsatz zur Erreichung und Einhaltung immer strengerer Abgasgrenzwerte erforderlich ist.

Weiterhin können durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens Überwachungsfunktionen für die Motorenmontage wahrgenommen werden. Beispielsweise kann die Zündkerzenmontage (Funktionsprüfung in Luft, Elektrodenabstand, Nebenschlüsse, Bruch) überprüft werden. Weiterhin ist eine kostensparende Funktionsprüfung des komplettierten Motors im ungefeuerten Zustand durch Analyse des Zündspannungsverhaltens im geschleppten Zyklus möglich zur Prüfung der Dichtheit und des Kompressionsverhältnisses.

Zur Erläuterung der Verfahrens sind in der Zeichnung Diagramme dargestellt, die im folgenden erläutert werden sollen. Es zeigen dabei:

Fig. 1 die Darstellung des Spannungsverlaufs bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2 die Darstellung des Spannungsverlaufes beim Stand der Technik und

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Gesamtenergie, die zur Auslösung eines Verbrennungsvorganges maximal benötigt wird (Größenordnung 100 mJ), wird in n Pakete aufgeteilt. Jedes dieser Pakete weist nur die kleinste erforderliche Zündenergie auf (Größenordnung 5 mJ), die minimal benötigt wird, um einen Verbrennungsvorgang auszulösen. Es kann dann ein Minimalenergiekonzept mit minimaler Erosion der Elektroden der Zündkerze und bestehender Zündsicherheit realisiert werden. Nach Zufuhr des ersten Paketes (1) erfolgt über eine Brennraumsensorik eine Überprüfung, ob ein Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde (2). Falls noch kein Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde, wird ein weiteres Paket nachgeschoben und erneut geprüft. Dies wird solange wiederholt bis ein Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde. Damit kann zylinderindividuell und bedarfsgerecht in allen Betriebspunkten gezündet werden. Durch die Minimierung der Energiepakete lassen sieh kleine, leichte und kompakte Schachtspulen verwenden, die keinen zusätzlichen Raumbedarf haben und minimale Bogenphasen realisieren lassen. Wegen der geringen Abmessungen lassen sich alle Komponenten (Kerze, Verkabelung; Spule, Ansteuerung etc.) auch leicht in Kompaktsysteme integrieren (Zündrails) Dadurch reduziert sich der Materialaufwand wie auch der Aufwand für Montage und Wartung.

Wird für die Brennraumsensorik beispielsweise die Ionenstrommessung über die Zündkerze selbst verwendet und außerhalb des eigentlichen Zündungsprozesses eingesetzt (3), so können ohne Mehraufwand noch weitere Funktionen übernommen werden wie die Aussetzererkennung, Klopferkennung (unabhängig von Drehzahl- und Zylinderzahlbegrenzung), Selbstüberwachung des Zündsystems, Brennverlaufsanalysen und die zylinderindividuelle Erfassung von Gemisch- und Thermodynamikgrößen. Es wird damit möglich, die bisher verwendeten Motorsteuerungen durch Motorregelungen zu ersetzen.

Fig. 2 zeigt den Spannungsverlauf bei einem herkömmlichen Zündsystem, bei dem die Gesamtenergie auf einmal zugeführt wird.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird in einem Schritt 301 eine bestimmte Energiemenge über die Zündkerze dem Gemisch zugeführt.

In dem Schritt 302 wird überprüft, ob seit Beginn der ersten Zuführung der bestimmten Energiemenge zur Einleitung des aktuellen Zündvorganges ein vorgegebene Zeitspanne vergangen ist oder ob die summierte zugeführte Energie zur Einleitung des aktuellen Zündvorganges einen bestimmten Grenzwert überschreitet.

Ist dies der Fall, erfolgt ein Übergang zu dem Schritt 306, in dem eine entsprechende Fehleranzeige erfolgt bzw. in dem eine entsprechende Fehlerkennung gesetzt wird.

Andernfalls erfolgt von dem Schritt 302 ein Übergang zu dem Schritt 303, in dem überprüft wird, ob der Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde.

Ist dies nicht der Fall, erfolgt eine Rückkehr zu dem Schritt 301, in dem erneut die bestimmte Energiemenge zugeführt wird.

Ist dies der Fall, erfolgt ein Übergang zu dem Schritt 304, in dem die summierte zugeführte Energiemenge mit einem Erwartungswert der benötigten Zündenergie zur Einleitung des Verbrennungsvorganges verglichen wird.

Liegt die Abweichung der Energiemenge von dem Erwartungswert oberhalb eines bestimmten Schwellwertes, erfolgt ein Übergang zu dem Schritt 305, in dem eine entsprechende Fehleranzeige erfolgt bzw. in dem eine entsprechende Fehlerkennung gesetzt wird. Der aktuelle Durchlauf des Verfahrens wird dann beendet.

Andernfalls wird der aktuelle Durchlauf des Verfahrens nach dem Schritt 304 beendet.

Bei einem erneuten Zündvorgang startet der Durchlauf des Verfahrens wieder mit dem Schritt 301.

Claims (4)

1. Verfahren zur Ansteuerung wenigstens einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine, bei dem die der Zündkerze zugeführte Energie zur Auslösung eines Verbrennungsvorganges in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt (1, 301) eine bestimmte, der Zündkerze zunächst zugeführte Energiemenge von der Zündkerze abgegeben wird, wobei in einem weiteren Schritt (2, 303) überprüft wird, ob der Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde, wobei eine Rückkehr zu dem ersten Schritt (1, 301) erfolgt, wenn der Verbrennungsvorgang nicht ausgelöst wurde und wobei der Zündvorgang beendet wird, wenn der Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündvorgang nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne oder nach Zufuhr einer bestimmten Gesamtenergiemenge pro Zündvorgang beendet wird (302, 306).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Sensorik, mit der überprüft wird, ob der Verbrennungsvorgang ausgelöst wurde (2, 303), der Verbrennungsvorgang überwacht wird (3, 304, 303).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einem Zündvorgang zugeführte Gesamtenergie ermittelt wird und daß anhand der sonstigen Betriebszustände ein Erwartungswert für die benötigte Zündenergie ermittelt wird und daß ein Vergleich durchgeführt wird zwischen der zugeführten Gesamtenergie und dem Erwartungswert, wobei aus einer Abweichung oberhalb eines Grenzwertes zwischen der Gesamtenergie und dem Erwartungswert ein Fehlerfall abgeleitet wird (304, 305).