DE19829583C1

DE19829583C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Durchbruchspannung bei der Zündung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19829583C1
Application number: DE19829583A
Authority: DE
Inventors: Heinz Baumberger; Ingo Gabriel; Peter Hohner; Hartung Wilstermann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: EP0969204A2; US6357428B1; EP0969204A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Durchbruchspannung bei einer Zündung. Erfindungsgemäß wird der Durchbruchzeitpunkt detektiert und mit dem Durchbruchzeitpunkt die Durchbruchspannung bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den gattungsbilden den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 3.

Die DE 27 52 244 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen elektrischer Zündungen. Zur schnel len Prüfung der Bauelemente in ihrer betriebsmäßigen Lage wird der zeitliche Verlauf der Spannung auf der Primärseite und/oder auf der Sekundärseite gemessen. Aufgrund des zeitlichen Verlau fes der Spannung wird beispielsweise auf den Elektrodenabstand oder auf Feuchtigkeit im Verteiler geschlossen. Ein zu schnel ler Stromabfall zeigt einen zu großen Abstand der Elektroden entsprechend einem Elektrodenabbrand. Ein zu langsamer Stromab fall zeigt dagegen einen zu kleinen Elektrodenabstand an. Der Spannungsverlauf in der Sekundärwicklung kann auch durch das Abklingen der Spannung in der Primärwicklung gemessen werden. In der DE 30 41 498 A1 und der DE 40 37 071 A1 wird vorgeschla gen, bei der Zündung den Durchbruchzeitpunkt zu detektieren und abhängig davon auf den Zustand der Zündanlage zu schließen. In der DE 30 41 498 A1 wird zum Zeitpunkt der Zündung eine negati ve Flanke erzeugt, die über einen Koppelkondensator und einen Komparator ein Flip-Flop zurücksetzt. Der Komparator dient zur Erkennung dieses negativen Impulses. Die Auskopplung des Zünd signals erfolgt auf der Primärseite. In der DE 40 37 071 A1 wird aus der Zeitspanne, die zwischen dem Anstieg der Primär spannung der Zündspule und dem Absinken des Stromes in einer Begrenzerschaltung vergeht, auf die Güte der Zündanlage ge schlossen. Hierzu werden der Zeitpunkt des Anstiegs der Primär spannung der Zündspule, der durch das Abschalten des Schalt transistors im Bereich des Zündzeitpunktes bedingt ist, und der Zeitpunkt des Absinkens des Stromes in der Begrenzerschaltung, das durch den Funkenüberschlag im Zündzeitpunkt bedingt ist, ermittelt. Die DE 43 03 030 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Zündverhaltens bei Kapazi tätsentladungs-Zündsystemen. Hierbei wird die zum Zünden einer Zündkerze erforderliche Zündspannung aus der Dauer des Strom flusses durch die Zündspulen-Primärwicklung bestimmt.

Da die Spulenkopplung bei Wechselspannungszündungen gering ist, ist aber ein qualitatives Messen der Strom- und/oder Span nungsänderung auf der Primärseite der Zündung nicht möglich. Bei Wechselspannungszündungen wird deshalb zur direkten Messung der Durchbruchspannung auf der Sekundärseite ein Hochspan nungstastkopf verwendet. Ein Hochspannungstastkopf ist aber teuer.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher ein billiges und einfaches Verfahren zur Bestimmung der Durchbruchspannung und damit zur Motordiagnose sowie zur Prüfung der Zündanlage bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprü che 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprü che gekennzeichnet.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin, daß eine Spannungsmessung nur qualitativ durchgeführt wird. Der Wert der Durchbruchspannung wird nicht direkt gemessen, sondern aufgrund der Spannungsmessung wird nur der Durchbruchzeitpunkt bestimmt. Durch das Detektieren der Durchbruchzeit wird die Durchbruchspannung einfacher und genauer bestimmt. Dies verein facht jegliche Art des Prüfens der Zündanlage oder der Motor diagnose, bei welcher die Durchbruchspannung als Indikator be nutzt wird. Aufgrund ihrer Genauigkeit ist eine qualitative Messung der Spannung oder des Stromes von Vorteil. Daher wird die Durchbruchszeit bis zum Durchbruch bestimmt. Da am Zünd zeitpunkt die Spannung an den Elektroden der Zündkerze durch bricht und ein großer Strom fließt, kommt es am Zündzeitpunkt zu einem starkem Abfall der Spannung an der Zündkerze. Da der Spannungsabfall zum Zündzeitpunkt sehr stark und damit genau bestimmt werden kann, ist insbesondere bei Wechselspannungszün dungen von Vorteil, daß primärseitig eine Spannungsmessung ei nen aussagekräftigen Wert der Durchbruchzeit und damit der Durchbruchspannung liefert. Bei Wechselspannungszündungen kann aufgrund der geringen Spulenkopplung die Durchbruchspannung auf der Primärseite quantitativ nicht gemessen werden. Es ist aber möglich den abrupten Spannungsabfall zum Zündzeitpunkt mit Hil fe einer Spannungsmessung auf der Primärseite zu erkennen. Der Durchbruchzeitpunkt wird über den Spannungsabfall detektiert. Eine direkte Messung der Durchbruchspannung aus einer Span nungsmessung ist aber nicht möglich. Durch den Vergleich des detektierten Durchbruchzeitpunkts mit einem zuvor empirisch oder theoretisch ermittelten zeitabhängigen Spannungs-Kennfeld wird die Durchbruchspannung sehr genau bestimmt. Mit Hilfe der Durchbruchspannung können alle anderen Faktoren die von der Durchbruchspannung abhängen bestimmt werden. Hierzu gehören insbesondere die Prüfung der Zündanlage als auch die direkte Motordiagnose. Durch die Bestimmung der Durchbruchspannung ist sowohl eine Zündkerzendiagnose im Kalttest als auch im Betrieb des Motors möglich. Weiterhin kann die Motordichtigkeit im Kalttest geprüft werden. Außerdem kann der Brennraumdruck wäh rend des Kalttests und im Betrieb des Motors bestimmt werden. Die Bestimmung der Elektrodenabstände und die Prüfung der Zünd kerzen auf Isolatorbruch sind mit der Bestimmung der Durch bruchspannung auch möglich.

Die Erfindung wird anhand eines von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild einer Zündung;

Fig. 2 ein Schaltbild einer Meßeinrichtung und

Fig. 3 eine Kennlinie der Zündkerze mit und ohne Durchbruch.

In Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Wechselspannungszündung ge zeigt. Die Erfindung ist aber auch für andere Zündungen geeig net, wie beispielsweise eine Gleichspannungszündung. Die Span nung wird auf der Sekundärseite 2 mit Hilfe des Transformators 4 auf die Durchbruchspannung U_z der Zündkerze 3 hochtransfor miert. Bei Erreichen der Durchbruchspannung U_z bricht die Zünd kerze 3 durch und es fließt der Zündstrom I_z (siehe auch Fig. 3). Zur Bestimmung der Durchbruchspannung U_z wird die Zeit t₀ vom Nulldurchgang der Spannung bis zum Erreichen der Durch bruchzeit t₁ detektiert. Dies kann mit Hilfe einer Strom- oder Spannungs-Meßeinrichtung 5 niederspannungsseitig auf der Sekun därseite 2 der Zündung erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist beispielsweise eine Strom- oder Spannungsmessung an Meßpunkt MPC auf der Primärseite 1. Zum Zeitpunkt des Durchbruchs kommt es zu einer abrupten Spannungsänderung. Diese Spannungsänderung und damit der Zeitpunkt t₁ ist eindeutig detektierbar. Die Spannungsmessung liefert dagegen nicht die genaue Durchbruch spannung U_z.

In Fig. 2 ist das Schaltbild einer möglichen Ausführung der Meßeinrichtung 5 dargestellt. Am Meßpunkt MPA kann der Span nungsabfall am Widerstand R₁ gemessen werden. Eine andere Art zur Detektierung der Durchbruchzeit t₁ ist die Messung während des Durchbruchs an Meßpunkt MPB. Während des Durchbruchs fließt ein großer Strom, der am Meßpunkt MPB gemessen werden kann. So bald die Spannung die Zenerdurchbruchspannung erreicht, bricht die Zenerdiode Z₁ und Z₂ durch und es fließt ein Strom durch den Widerstand R₂. Es wird der Spannungsabfall am Widerstand R₂ gemessen. Da das Ausführungsbeispiel eine Wechselspannungszün dung ist, wird der Spannungsabfall am Widerstand R₂ durch zwei Zenerdioden Z₁ für die positive und Z₂ für die negative Halb welle der Wechselspannung begrenzt. Bei Gleichspannungszündun gen genügt eine Zenerdiode zur Spannungsbegrenzung an einem Wi derstand und damit zur Detektierung des Durchbruchzeitpunkts t₁ während der Zündung.

Fig. 3 zeigt die Kennlinien der Zündkerze 3 mit und ohne Durch bruch, wobei vereinfachend nur die positive Halbwelle darge stellt ist. Bei Wechselspannungszündungen ist ein Durchbruch auch in der negativen Halbwelle möglich. Das obere Schaubild zeigt die zeitabhängige Spannungs-Kennlinie. Das untere Schau bild zeigt die zeitabhängige Strom-Kennlinie. Das obere Schau bild zeigt gestrichelt die Kennlinie ohne Durchbruch. Die Kenn linie ohne Durchbruch wird empirisch durch Messung oder theore tisch durch Berechnung ohne Zündkerze erhalten. Diese Kennlinie dient zur Funktionswertbestimmung der Zündspannung U_z. Der Nulldurchgang der Spannung U wird als Funktionswert U₀/t₀ defi niert, der Durchbruch wird als Funktionswert U_z/t₁ definiert. Die dunkel gestrichelte Linie zeigt im oberen Schaubild den Spannungsverlauf und im unteren Schaubild den Stromverlauf an der Zündkerze mit Durchbruch. Die Spannung steigt ab t₀ stetig an bis die Zündkerze 3 am Durchbruchzeitpunkt t₁ durchbricht. Am Durchbruchzeitpunkt t₁ fließt der Zündstrom I_z. Durch Bestim men von t₁ kann durch Vergleich mit der zeitabhängigen Span nungskennlinie ohne Durchbruch die Durchbruchspannung U_z be stimmt werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Durchbruchspannung bei der Zün dung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruchzeitpunkt (t₁) detektiert wird und mit dem Durchbruchzeitpunkt (t₁) die Durchbruchspannung (U_z) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ohne Durchbruch bestimmte zeitabhängige Spannungs- Kennlinie als Referenz dient, mit welcher der detektierte Durchbruchzeitpunkt (t₁) verglichen wird und die dazugehörige Durchbruchspannung (U_z) bestimmt wird.

3. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion des Durchbruchzeitpunktes (t₁) durch eine zeitabhängige Strom- oder Spannungsmessung entweder auf der Primärseite (1) der Zündanlage an einem Meßpunkt (MPC') er folgt, der an dem nicht mit der Versorgungsspannung verbundenen Anschluß der Zündspulenprimärwicklung liegt, oder auf der Se kundärseite der Zündanlage niederspannungsseitig an Meßpunkten (MPA, MPB) erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Detektion des Durchbruchzeitpunktes (t₁) auf der Sekun därseite (2) der Zündanlage der Spannungsabfall an einem Wider stand (R₁) gemessen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Detektion des Durchbruchzeitpunktes (t₁) auf der Sekun därseite (2) der Zündanlage während der Zündung der Spannungs abfall über einem mittels Zenerdiode (Z) geschütztem Widerstand (R) gemessen wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Wechselspannungszündung zur Detektion des Durch bruchzeitpunktes (t₁) auf der Sekundärseite (2) während der Zündung der Spannungsabfall an einem mittels zweier Zenerdioden (Z₁ und Z₂) begrenztem Widerstand (R₂) gemessen wird.