DE3924985A1 - Vollelektronische zuendeinrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine vollelektronische Zündeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Zündeinrichtung, die also eine zündkerzenin­ dividuelle Zündvorrichtung sowie eine allen Zündkerzen gemeinsame weitere Zündvorrichtung enthält, ist aus der EP 00 71 910 A2 in der Weise bekannt, daß als zündkerzenindividuelle Zündvorrich­ tungen Transistorzündvorrichtungen mit Stromregelung Einsatz finden, und daß an die Sekundärwicklungen der Zündspulen dieser Zündvorrichtungen eine einen geregelten Gleichspannungswandler enthaltende Zündvorrichtung über Dioden angeschlossen ist. Beide Zündvorrichtungen werden in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl, Last und Klopfen, gesteuert bzw. geregelt.

Ein Nachteil dieses Standes der Technik ist darin zu sehen, daß von seiten des Gleichspannungswandlers für jeden Zündvorgang gleichsam nur ein Zündimpuls angeboten wird, wodurch insbesondere bei im Hinblick auf moderne Abgaskonzepte interessanten Betriebs­ weisen der Brennkraftmaschine mit magerem Gemisch Schwierigkeiten bei der Zündung auftreten können.

Diesbezüglich günstiger verhält sich eine im folgenden als PTZ bezeichnete programmierbare Transistorzündung, wie sie aus der DE-OS 23 40 865 bekannt ist: Diese PTZ enthält zum Aufschalten einer Gleichspannungsquelle auf einen Ausgangstrans­ formator einen elektronischen Schalter, dessen Schaltfrequenz ein Mehrfaches der Zündfolgefrequenz jeder Zündkerze beträgt und ebenso wie die Zündenergie von Betriebs- und Umweltparame­ tern beeinflußbar ist. Ein Nachteil dieser bekannten PTZ ist noch die Existenz eines mechanischen Zündverteilers, der bekannt­ lich relativ störanfällig ist. Außerdem liefert die PTZ keinen zeitlich sehr präzisen Zündfunken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße vollelektronische Zündeinrichtung zu schaffen, die eine einwand­ freie, zeitgenaue Zündung auch bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch sicherstellt, einen mechani­ schen Verteiler vermeidet und darüber hinaus einfache Möglich­ keiten zur Diagnose, d.h. zur Erkennung von Fehlern in der Zündeinrichtung einschließlich Zündkerzen und gegebenenfalls Einleitung von Gegenmaßnahmen, bietet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Infolge Verwendung einer PTZ, d.h. einer Zündvorrichtung, die für jeden Zündvorgang eine Reihe von Funken gleichsam anbie­ tet, wird im Bereich der jeweiligen Zündkerze für eine relativ starke Ionisierung der Brennraumfüllung gesorgt, die eine größere Zündsicherheit gegenüber der Verwendung eines einfachen Gleich­ spannungswandlers bietet. Ein mechanischer Zündverteiler ist infolge Vorhandenseins zündkerzenindividueller Hochspannungskon­ densator-Zündvorrichtungen, die im folgenden als HKZ bezeichnet werden, vermieden, da diesen - in Analogie zu den transistori­ sierten Spulenzündvorrichtungen in der eingangs genannten EP 00 71 910 A2 - ein elektronischer Zündverteiler zugeordnet ist.

Diese HKZ liefern zwar nur eine begrenzte Zündenergie, besitzen aber eine hohe Zeitgenauigkeit ihrer Arbeitsweise, so daß bei der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung die eigentliche Zündenergie mit relativ begrenzter Zeitgenauigkeit durch die PTZ zur Verfü­ gung gestellt wird, während die HKZ die Aufgabe der zeitlich präzisen Hochspannungsbeaufschlagung der einzelnen Zündspulen übernimmt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die HKZ gleichsam Normteile sind, da sich alle maschinenindividu­ ellen Merkmale der Zündeinrichtung in der PTZ finden.

Weiterhin ist als Vorteil der Erfindung anzuführen, daß Hochspan­ nungskondensator-Zündvorrichtungen an sich bekannte und bewährte Baugruppen darstellen; aus der umfangreichen Patentliteratur auf diesem Gebiet sei nur die EP 00 01 354 A1 angeführt.

Wie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie den entsprechenden Unteransprüchen ersichtlich, bietet die erfindungsgemäße Zündeinrichtung die Möglichkeit des Ein­ satzes einfacher, aber dennoch aussagekräftige Ergebnisse lie­ fernder Diagnoseeinrichtungen. Ein besonderer Vorteil der Erfin­ dung in diesem Zusammenhang liegt darin, daß eine einzige zen­ trale Diagnoseeinrichtung allen Brennräumen gemeinsam ist. Diese kann bei Antriebsmaschinen für Kraftfahrzeuge fahrzeug­ fest sein, so daß gegebenenfalls dem Fahrer Informationen über den Zustand der Zündeinrichtung einschließlich Zündkerzen gegeben werden können.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren folgendes darstel­ len:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten PTZ,

Fig. 2-5 verschiedene Ausführungen der erfindungs­ gemäßen Zündeinrichtung,

Fig. 6 eine Darstellung der magnetischen Kreise in der Ausführungsform nach Fig. 5,

Fig. 7-11 weitere Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung,

Fig. 12 eine erste Diagnoseeinrichtung,

Fig. 13 + 14 Spannungs- und Stromverlauf bei dieser Diagnoseeinrichtung,

Fig. 15 + 16 sowie 17 + 18 Spannungs- und Stromverläufe in dieser Diagnoseeinrichtung bei verschiedenen Isolationsfehlern in der Zündeinrichtung,

Fig. 19 + 20 Spannungs- und Stromverlauf in Abhängig­ keit vom Elektrodenabstand der betrach­ teten Zündkerze,

Fig. 21 + 22 Spannungs- und Stromverlauf bei Unter­ brechungen des Brennverlaufs im Zünd­ vorgang,

Fig. 23 ein zweites Ausführungsbeispiel für die Diagnoseeinrichtung,

Fig. 24 + 25 Spannungs- und Stromverlauf bei der Klopfdiagnose,

Fig. 26 + 27 eine dritte bzw. vierte Ausführungsform der Diagnoseeinrichtung sowie

Fig. 28 + 29 Strom- und Spannungsverlauf bei Ausfall einer HKZ.

Wie bereits aus den obigen einleitenden Darlegungen ersichtlich, bildet einen wesentlichen Bestandteil der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung die PTZ. Daher wird der grundsätzliche Aufbau dieser Zündvorrichtung, wie er, wie gesagt, aus der DE-OS 23 40 865 bekannt ist, im folgenden anhand Fig. 1 nochmals erläutert:

Die elektronischen Baugruppen dieser Zündvorrichtung sind über die Plusleitung 1 und Minusleitung 2 an die Gleichspannungs­ quelle 3 angeschlossen, deren Plusklemme über den Zündschalter 4 mit der Plusleitung 1 verbunden ist. Die Gleichspannungsquelle 3 kann, wie in Kraftfahrzeugen üblich, eine Spannung von z.B. 12 V haben.

An die Reihenschaltung von Spannungsquelle 5 und Zündschalter 4 ist über das Siebglied 5 der Gleichspannungswandler 6 angeschlos­ sen. Das Siebglied 5 ist ein Tiefpaß, bestehend in üblicher Weise aus Drosseln und Kondensatoren, der die Aufgabe hat, die Schaltfrequenz des Gleichspannungwandlers 6 als Überlagungs­ störung der Gleichspannungsversorgung von der Gleichspannungs­ quelle 3 fernzuhalten.

Der Gleichspannungswandler 6 kann ein an sich bekannter Gegen­ taktwandler oder ein Eintaktwandler sein. Er hat die Aufgabe, die Spannung der Gleichspannungsquelle 3 auf eine Gleichspannung von z.B. 50 bis 100 V, vorzugsweise 70 V, umzusetzen. Der Ausgang des Gleichspannungswandlers 6 ist mit dem Eingang eines an sich bekannten Stromreglers 7 verbunden, in dem Ist- und Sollwert des Stromes (d.h. der Zündenergie) verglichen werden. Die Sollwertvorgabe erfolgt über Stellglieder (Potentiometer) 8, 9, 10, von denen das Stellglied 8 in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungsstellglieds der Maschine, das Stellglied 9 in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt und das Stellglied 10 in Abhängigkeit vom Kraftstoff-Luft-Verhältnis betätigt wird.

Dem Stromregler 7 ist der an sich bekannte Spannungsregler 11 nachgeschaltet, der die Aufgabe hat, auf konstante Ausgangsspan­ nung zu regeln. Er ist ausgangsseitig verbunden mit der Primär­ wicklung des Zündtransformators 12.

Eine Klemme der Primärwicklung des Zündtransformators 12 ist über den elektronischen Schalter 13 mit den negativen Bezugspunk­ ten des Stromreglers 7 und des Spannungsreglers 11 verbindbar. Die Schalthäufigkeit des Ein- oder Aus-Zustandes des Schalters 13 wird durch den Pulsgenerator 14 in Verbindung mit den Zeitglie­ dern 15 und 16 sowie dem Zündzeitpunktgeber 17 bestimmt. Durch das Schalten des Schalters 13 wird in der Primärwicklung des Zündtransformators 12 eine Spannung induziert, die in seiner Sekundärwicklung auf Hochspannung transformiert wird.

Der Schalter 13 besteht im wesentlichen aus Transistoren, bei­ spielsweise in Darlington-Schaltung, sowie Widerständen zur Einstellung des Arbeitspunktes des als Schalter wirkenden Tran­ sistors 13′. Der Pulsgenerator 14 arbeitet beispielsweise in an sich bekannter Weise als astabiler Multivibrator. Das Poten­ tiometer 18 erlaubt eine Frequenzvariation des Pulsgenerators 14 zur Optimierung der Schaltfrequenz auf das Übertragungsverhalten des Zündtransformators 12. Der Pulsgenerator 14 wird über das Zeitglied 15 für vorwählbare Zeitintervalle ein- und ausgeschal­ tet, das als ein an sich bekannter monostabiler Multivibrator ausgeführt sein kann. Das Einschaltintervall ist in weiten Grenzen veränderbar; die Sollwertvorgabe erfolgt über die Stell­ glieder (Potentiometer) 19, 20, 21, 22, von denen das Stell­ glied 19 in Abhängigkeit von der Drehzahl, das Stellglied 20 in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungsstellglieds, das Stellglied 21 in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt und das Stellglied 22 in Abhängigkeit vom Kraftstoff-Luft-Verhältnis betätigt wird.

Das Zeitglied 15 wird über das Zeitglied 16 eingeschaltet, das als an sich bekannter monostabiler Multivibrator ausgeführt sein kann. Auch die Zeitverzögerung, die durch das Zeitglied 16 für den Beginn der Zündenergie-Erzeugung eingeführt wird, ist in weiten Grenzen veränderbar. Die Sollwertvorgabe erfolgt über die Stellglieder (Potentiometer) 23, 24, 25, wiederum in Abhängigkeit von Drehzahl, Stellung des Leistungsstellglieds und Kraftstoff-Luft-Verhältnis. Das Zeitglied 16 wird vom Zünd­ zeitpunktgeber 17 eingeschaltet, der zur Einleitung des Zündvor­ gangs durch Öffnen eines Unterbrecherkontakts dient.

Die an der Sekundärwicklung des Zündtransformators 12 abgegrif­ fene Hochspannungs-Wechselspannung, deren Frequenz also durch den Pulsgenerator 14 und deren wirksame Dauer durch das Zeit­ glied 15 bestimmt sind (wobei die Auslösung durch den Zündzeit­ punktgeber 17 in Verbindung mit dem Zeitglied 16 erfolgt), wird über die Gleichrichterstrecke 26 und den Zündverteiler 27 den Zündkerzen 28 zugeführt.

Der Vorteil einer solchen PTZ ist also darin zu sehen, daß sie durch Anbieten einer Reihe von Zündfunken (in Abhängigkeit von Parameterwerten) für jede Gemischzündung über eine stärkere Ionisierung für eine größere Zündsicherheit sorgt.

Eine derartige PTZ wird also gleichsam als Zentralteil der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung zur Lieferung der Zündenergie für die Brenndauer der jeweiligen Zündkerze vorgesehen. Diese Brenndauer besteht gleichsam aus einer Folge von Einzelimpulsen, von denen jeder Impuls zu einem Zündfunken führt. Wie dargelegt, kann die Stromamplitude jedes Impulses ebenso wie die Impuls­ folgefrequenz in Abhängigkeit von Maschinenparametern frei variiert werden. Die Zündenergie jedes Zündvorgangs besteht aus der Stromamplitude jedes Einzelimpulses, seiner zeitlichen Dauer sowie der Anzahl der Impulse innerhalb der Brenndauer, die ebenfalls frei veränderlich ist.

Gewisse zeitliche Ungenauigkeiten der Arbeitsweise der PTZ sowie die Notwendigkeit eines mechanischen Zündverteilers in der PTZ werden bei der Erfindung nun dadurch vermieden, daß zur Erzielung eines zeitlich exakten Zünddurchbruchs an den Zündkerzen diesen individuelle HKZ zugeordnet sind. Der grund­ sätzliche Aufbau der HKZ wird im folgenden im Rahmen des in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert:

In diesem wie auch in den weiteren Ausführungsbeispielen ist eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit jeweils einer Zünd­ kerze 30, 31, 32 und 33 je Brennraum (Zylinder) angenommen. Allen Zündkerzen 30 bis 33 gemeinsam ist die zwischen die Klem­ men 34 und 35 geschaltete PTZ, die - mit Ausnahme des in Fig. 1 bis 27 angedeuteten Zündverteilers - den bekannten, anhand Fig. 1 nochmals erläuterten Aufbau besitzt und daher in Fig. 2 sowie in den weiteren Figuren nur durch das Bezugszeichen 36 angedeutet ist.

In Reihe mit dem Ausgangstransformator 37 der PTZ 36 liegt die Diode 38, parallel zu dieser Reihenschaltung erkennt man den Kondensator 39.

Den Zündkerzen 30 bis 33 individuell zugeordnet sind HKZ mit Zündspulen 40, 41, 42 und 43. Diese HKZ, deren Aufbau nur für die der Zündkerze 30 zugeordnete HKZ 44 im einzelnen wiederge­ geben ist, sind im übrigen (und auch in den weiteren Figuren) nur durch ihre Bezugszeichen 44, 45, 46 und 47 wiedergegeben, da alle HKZ denselben Aufbau besitzen können. Diese HKZ sind also zwischen die Anschlüsse der Primärwicklungen der Zündspu­ len 40 bis 43 geschaltet.

Betrachtet man nun den Aufbau der HKZ 44, so erkennt man, ange­ schlossen an die Klemme 48 der Fahrzeugbatterie, den Gleichspan­ nungswandler 49 und den Kondensator 50; zwischen beiden ist der Schaltthyristor 51 angeschlossen, der in Abhängigkeit von Ausgangssignalen der Steuereinrichtung 145, die mit Signalen des Hallgebers 146 eines Zündverteilers beaufschlagt ist, von der Triggereinrichtung 147 dann zur Entladung des Kondensators 50 über die Primärwicklung der Zündspule 40 leitend gemacht wird, wenn in dem zugehörigen Brennraum eine Zündung, hier also der Zündkerze 30, erfolgen soll.

Um sicherzustellen, daß Zündenergie nicht auch über die ja ebenfalls dauernd mit der PTZ 36 verbundenen weiteren Zündkerzen, hier also die Kerzen 31, 32 und 33, abfließt, d. h. Zündungen in "falschen" Brennräumen auftreten, muß dafür gesorgt werden, daß die Spannung im Verbindungspunkt 52 von PTZ 36 und HKZ 40 bis 43 einen bestimmten Wert, beispielsweise 1,5 kV, nicht überschreitet. Dem dient eine entsprechende Auslegung des Konden­ sators 39 und der Diode 38 unter Berücksichtigung der Induktivi­ tät der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 37 der PTZ 36.

Zwischen der Diode 38 und dem Verbindungspunkt 52 erkennt man die in allen Figuren mit D bezeichnete Diagnoseeinrichtung, für die mehrere mögliche Auslegungen später noch anhand von Figuren erläutert werden. An dieser Stelle sei lediglich festge­ halten, daß sich schon aus Fig. 2 die einfache Einbaumöglichkeit dieser Diagnoseeinrichtung ergibt, die bevorzugt fahrzeugfest (bei einer ein Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine) angeord­ net wird.

Die bereits in Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen finden auch bei entsprechenden Teilen der weiteren figürlich erläuterten Ausführungsbeispiele Verwendung.

Betrachtet man nun die Ausführungsform nach Fig. 3, so unter­ scheidet sie sich von derjenigen nach Fig. 1 durch zwischen den Verbindungspunkt 52 einerseits und die HKZ 44 bis 47 anderer­ seits eingeschaltete zündkerzenindividuelle Induktivitäten 53, 54, 55 und 56, denen jeweils eine Kapazität 57, 58, 59 und 60 zugeordnet ist. Diese Kapazitäten können durch die Wicklungskapa­ zitäten der Induktivitäten 53 bis 56 gebildet sein. Die Indukti­ vitäten 53 bis 56 verlängern im Zusammenwirken mit dem Konden­ sator 39 die Brenndauer der jeweiligen HKZ (Funkenschwanz) und verstärken bei kleinen Zündströmen die Ionisationswirkung der HKZ. Ihre besondere Bedeutung liegt demgemäß in der Schaffung eines "Übergangs" zwischen HKZ und PTZ in den Fällen, in denen sonst die von der PTZ 36 angebotene Zündenergie keine Ionisierung in der jeweiligen Zylinderladung vorfindet.

In der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4 liegt in Reihe mit jeder Sekundärwicklung der Zündspulen 40 bis 43 eine demgemäß zündkerzenindividuelle Sekundärwicklung 61, 62, 63 und 64 des Ausgangstransformators 37 der PTZ 36. Die magnetische Kopplung dieser verschiedenen Wicklungen mit der Primärwick­ lung 65 des Transformators 37 ist durch den Balken 66 angedeutet. Parallel zu den Sekundärwicklungen 61 bis 64 liegen Kondensato­ ren 67, 68, 69 und 70, die aufgaben- und dimensionierungsmäßig dem in den bisherigen Figuren mit 39 bezeichneten einzigen Kondensator entsprechen. Die Diode 38 findet sich nunmehr in der Massenverbindung der eigentlichen Zündeinrichtung. Verständ­ licherweise könnten einzelne Dioden jeweils einer der Sekundär­ wicklungen 61 bis 64 zugeordnet sein. Diese Ausbildung bietet den Vorteil einer weitgehenden Entkopplung der Zündvorgänge für die einzelnen Zündkerzen 30 bis 33 voneinander.

Denselben Vorteil besitzt die Schaltung nach Fig. 5, bei der lediglich die HKZ 44 bis 47 und die PTZ 36 ihre Plätze vertauscht haben.

Fig. 6 läßt die magnetische Kopplung der Sekundärwicklungen 61 bis 64 des Ausgangstransformators 37 der PTZ mit der zugehörigen Primärwicklung 65 über Einzelkerne 66a, 66b, 66c und 66d erken­ nen.

Wie aus den Fig. 7 und 8 (in denen nur die Reihenfolgen der einzelnen Anordnungen vertauscht sind) unmittelbar ersichtlich, können die Ausführungsformen gemäß den Fig. 3 und 4 bzw. 3 und 5 auch kombiniert werden. In den Ausführungen gemäß den Fig. 5 und 8 muß hinsichtlich der Isolation beachtet werden, daß die PTZ 36 auf hoher Spannung liegt.

Die in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigten Zündeinrichtungen basieren auf denjenigen nach den Fig. 3, 7 und 8, was durch die weitge­ hende Verwendung identischer Bezugszeichen hervorgehoben wird. Die zusätzlichen Induktivitäten 53, 54, 55 und 56 stellen jetzt aber die Sekundärwicklungen von Transformatoren 71, 72, 73 und 74 dar, die mit Fremderregung betrieben werden und der Steuerung des Übergangs zwischen den Arbeitsweisen der HKZ und der PTZ dienen. An die Eingangsklemmen dieser Transformato­ ren 71 bis 74 kann eine beliebige weitere Zündvorrichtung ange­ schlossen sein; bevorzugt wird dies aber die bereits vorhandene PTZ sein, da diese von vornherein einen Transformator enthält.

Lediglich erwähnt, nicht aber im einzelnen beschrieben, wurde bisher die Diagnoseeinrichtung D. Wie aus den Fig. 2 bis 11 ersichtlich, bietet die eigentliche Zündeinrichtung nach der Erfindung besonders einfache Möglichkeiten zum Einschalten einer Diagnoseeinrichtung zur Erfassung von Fehlern, die in beliebigen Zweigen der Zündeinrichtung auftreten. Mehrere ent­ sprechende Ausbildungen der Diagnoseeinrichtung werden im folgen­ den anhand von Figuren beschrieben:

Betrachtet man Fig. 12, so besitzt die Diagnoseeinrichtung D die Anschlüsse 80 und 81, von denen der Anschluß 80 beispiels­ weise in der Ausführungsform nach Fig. 2 mit dem Verbindungs­ punkt 52 zusammenfällt. Die Diagnoseeinrichtung D in Fig. 12 enthält den in Reihe mit dem Widerstand 82 liegenden, durch die LED 83 gebildeten Spannungssensor sowie den in der Verbin­ dungsleitung zwischen den Anschlüssen 80 und 81 liegenden, durch die LED 84 gebildeten Stromsensor; zum Auskoppeln der Sensorsignale dienen übliche Lichtleiteranordnungen 85 bzw. 86 mit Lichtleitern 87 bzw. 88 und Lichtempfängern 89 bzw. 90. An den Klemmen 91 und 92 kann demgemäß ein elektrisches Signal für den Spannungsverlauf (Fig. 13), an den Klemmen 93 und 94 ein elektrisches Signal für den Stromverlauf (Fig. 14), jeweils über der Zeit t, abgenommen werden. Im Punkt A wird die PTZ durch die Steuerung eingeschaltet; sie lädt den beispielsweise in Fig. 2 mit 39 bezeichneten Kondensator bis zu einer Amplitude von beispielsweise von 1,5 kV, die im Zeitpunkt A′ erreicht wird, auf, wozu eine Zeit t1 erforderlich ist. Im Zeitpunkt B wird die jeweilige HKZ gezündet, und während der Zeit t2 liegt der Brennzustand des Lichtbogens zwischen den Elektroden der Zündkerze, kennzeichnet durch F bzw. G, vor.

Anhand der Fig. 15 bis 20 werden nun verschiedene Fehlerfälle betrachtet.

Ein Riß in der Isolierkeramik der Zündkerze, d.h. ein Isola­ tionsfehler, macht sich gemäß Fig. 15 und 16 durch Spannungsein­ brüche bzw. Stromspitzen während der Zeit t1 bemerkbar. Dieser Fehler kann daher am einfachsten durch Integration des Spannungs- und Stromverlaufs während der Zeit t1 ermittelt werden; der Integralwert im Zeitpunkt A′ des Spannungsverlaufs bzw. E des Stromverlaufs wird durch übliche Mittel in der Diagnoseeinrich­ tung gespeichert und durch Vergleich mit dem bei ordnungsgemäßem Zustand der Zündeinrichtung vorliegenden Integralwert ausgewer­ tet.

Eine Integration von Strom und Spannung während der Zeit t1 wird man auch bei einem Nebenschluß durch Ruß oder feuchten Belag im Kaltstart vornehmen. Fig. 17 zeigt den Spannungsverlauf, Fig. 18 den Stromverlauf über der Zeit t, wobei drei verschiedene Verschmutzungsgrade a, b und c im Spannungsverlauf angenommen sind. Der - in anderem Maßstab aufgetragene - Integralwert ist - wie übrigens auch in den Fig. 15 und 16 - mit i bezeichnet.

Dagegen wird man den Abstand der Elektroden der betrachteten Zündkerze durch ihren Einfluß auf die Brennspannung, also im Bereich t2, kontrollieren. Um Schwankungen durch den jeweiligen Betriebszustand zu eliminieren, ist es zweckmäßig, die Integral­ werte i zu mitteln.

Die zeitliche Schwankung des Stroms ist ein Maß für den Strö­ mungsverlauf des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum. Fig. 21 zeigt bei i den Integralwert der Spannung im Bereich t2 bei zeitlich nicht konstantem Strömungsverlauf im Brennraum. Die Strömung läßt den Lichtbogen zwischen den Elektroden verwehen, ohne den Brennverlauf zu unterbrechen. Nur bei starken Strömungen kann es auch zu Unterbrechungen des Brennverlaufs kommen. Fig. 22 zeigt den zugehörigen Stromverlauf, aus dem erkannt werden kann, ob der Brennverlauf unterbrochen wurde.

Die Diagnoseeinrichtungen nach den Fig. 23 und 26 sind zur Klopferkennung ausgelegt. Betrachtet man zunächst Fig. 23, so liegt zwischen den Anschlüssen 100 und 101 der Transforma­ tor 102, der beispielsweise von einer Leistungsstufe der PTZ über die Eingänge 103 und 104 und die Diode 105 versorgt wird. Die Arbeitsweise dieser Diagnoseeinrichtung basiert darauf, daß die Bewegung der Elektronenwolke während des Brennvorgangs durch etwa auftretendes Klopfen moduliert wird. Die Modulations­ frequenz liegt dabei im Bereich von 5 bis 15 kHz. Über den Transformator 102 wird nach Beendigung des Zündvorgangs, also in einem Zeitraum t3, eine positive Saugspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 75 kHz an die Mittelelektroden der Zündkerzen gelegt. Damit wird die Modulationsfrequenz gleich­ sam abgetastet, und an dem Ausgang 106 bzw. den Ausgangsklem­ men 107 und 108 kann der in Fig. 24 dargestellte Spannungsverlauf abgegriffen werden. Der Stromverlauf gemäß Fig. 25 kann zur Kontrolle der jeweiligen Stromamplitude herangezogen werden.

Die Diagnoseeinrichtung D gemäß Fig. 26 stellt eine Abwandlung derjenigen nach Fig. 23 dar, so daß die bereits dort vorkommenden Bezugszeichen übernommen wurden. In diesem Falle wird jedoch über die Klemmen 103 und 104 auf den Transformator 102, den Gleichrichter 109 und den Glättungskondensator 110 auf den Widerstand 111 und damit die Zündkerzenelektroden nicht eine Wechselspannung, sondern eine Gleichspannung als Saugspannung gegeben. Bei dieser Schaltung muß bezüglich der Auslegung des Widerstands 111 ein Kompromiß getroffen werden; ist der Wider­ stand zu groß, setzt er die Größe des Stromes herab, ist der Widerstand zu klein, ist die Verlustleistung zu hoch.

Die Schaltungen nach den Fig. 12 und 23 sowie 12 und 26 können verständlicherweise auch kombiniert werden. Dies ist für die ersterwähnte Kombination in Fig. 27 dargestellt, die demgemäß die Bezugszeichen der Fig. 12 und 23 enthält.

Die beschriebenen Diagnoseeinrichtungen gestatten aber auch die Erfassung und Lokalisierung weiterer Fehler. So zeigt Fig. 28 den Stromverlauf, Fig. 29 den Spannungsverlauf (jeweils über der Zeit t) bei Ausfall einer HKZ. Die PTZ läuft dann in Richtung ihres Leerlaufwertes, bis die Spannung an den Elektroden der Zündkerze eines Brennraums im Ausschiebetakt desselben durch­ bricht. Von der programmierten Brenndauer bleibt nur ein kleiner Rest.

In Fig. 27 sind ferner ein- und ausschaltbare Integratoren 112 und 113 für Spannung und Strom eingetragen, deren Ausgänge 114 und 115 zur Übertragung von Steuer- bzw. Regelsignalen mit einzelnen oder allen Elementen 8, 9, 10 sowie 18 bis 25 in der PTZ (vgl. Fig. 1) zumindest zeitweise verbunden sind. Dann ist also die Zündfolgefequenz der PTZ und/oder die Zündenergie und/oder die Brenndauer und/oder der Einschaltzeitpunkt auch vom jeweiligen Zustand der Zündeinrichtung und des Brennraums abhängig. Das bedeutet, daß Zündschwierigkeiten nicht nur er­ kannt, sondern auch beseitigt bzw. kompensiert werden.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Zündeinrich­ tung geschaffen, die unter Vermeidung mechanisch bewegter Teile zu exakt vorgegebenen Zeiten durch die jeweiligen Betriebspara­ meter der Brennkraftmaschine bestimmte Zündenergie an die Zünd­ kerzen liefert und die vorteilhafte Möglichkeit zum Einsatz einer fahrzeugfesten Diagnoseeinrichtung bietet.

Claims (20)

1. Vollelektronische Zündeinrichtung für eine mit mehreren Zündkerzen bestückte Brennkraftmaschine, enthaltend den Zündkerzen individuell zugeordnete Zündvorrichtungen als Triggerfunkenquellen und zumindest eine mit diesen in Reihe liegende, zumindest einer Gruppe der Zündkerzen gemeinsame Zündvorrichtung als durch Maschinenparameter beeinflußbarer Zündenergieerzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß die indivi­ duellen Zündvorrichtungen ausgangsseitig Transformatoren (40, 41, 42, 43) aufweisende Hochspannungskondensator-Zünd­ vorrichtungen (HKZ) (44, 45, 46, 47) sind, während die gemeinsame Zündvorrichtung als programmierbare Transistorzün­ dung (PTZ) (36) ausgebildet ist, die zum Aufschalten einer Gleichspannungsquelle (6) auf einen den Ausgang der PTZ (36) bildenden Transformator (37) einen elektronischen Schalter (13) enthält, dessen Schaltfrequenz ein Mehrfaches der Zündfolgefrequenz jeder Zündkerze (30, 31, 32, 33) beträgt und der über in Abhängigkeit von Betriebs- und Umweltparametern beeinflußbare Zeitglieder (15, 16) während vorbestimmter Zeitintervalle die impulsweise Aufschaltung der Gleichspannungsquelle (16) vornimmt.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des Transformators (37) der PTZ (36) eine unter Berücksichtigung der Induktivitäten der Sekundär­ wicklungen der Transformatoren (40, 41, 42, 43) der HKZ (44, 45, 46, 47) derart bemessene Kapazität (39) liegt, daß die von der PTZ (36) an diesen Sekundärwicklungen er­ zeugte Spannung auf einen unerwünschte Zündvorgänge aus­ schließenden Wert begrenzt ist.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Reihenschaltung von PTZ (36) und HKZ (44, 45, 46, 47) Induktivitäten (53, 54, 55, 56) zur Verlängerung der Triggersignale der HKZ (44, 45, 46, 47) bei kleinen Zündströmen liegen.

4. Zündeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten (53, 54, 55, 56) Bestandteile von zur Steuerung des Übergangsverhaltens zwischen PTZ (36) und HKZ (44, 45, 46, 47) fremderregten Transformatoren (71, 72, 73, 74) sind.

5. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (37) der PTZ (36) zum Anschluß jeder HKZ (44, 45, 46, 47) eine individuelle Sekundärwicklung (61, 62, 63, 64) besitzt.

6. Zündeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den individuellen Sekundärwicklungen (61, 62, 63, 64) individuelle Eisenkerne (66a, 66b, 66c, 66d) mit einer gemeinsamen Primärwicklung (65) zugeordnet sind.

7. Zündeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zündkerzen (30, 31, 32, 33) an den Ausgangs­ transformator (37) der PTZ (36) angeschlossen sind.

8. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn­ zeichnet durch - vorzugsweise Bestandteile der PTZ (36) bildende - Dioden (38) zur Entkopplung der PTZ (36) und der HKZ (44, 45, 46, 47).

9. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerzen (30, 31, 32, 33) an die ausgangsseitigen Transformatoren (40, 41, 42, 43) der HKZ (44, 45, 46, 47) angeschlossen sind.

10. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der PTZ (36) eine mit einem Spannungs- und/oder einem Stromsensor (83, 84) be­ stückte Diagnoseeinrichtung (D) liegt.

11. Zündeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung (D) in einer Masseleitung der PTZ (36) liegt.

12. Zündeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung (D) in einer von der PTZ (36) zu den HKZ (44, 45, 46, 47) führenden Leitung liegt.

13. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung (D) Lichtleiter­ anordnungen (85, 86) zum Auskoppeln der Sensorsignale ent­ hält.

14. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung (D) zusätzlich zumindest einen zeitgesteuerten Integrator (112, 113) für Spannung und/oder Strom enthält.

15. Zündeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (112, 113) zwischen dem Einschaltzeit­ punkt (A) der PTZ (36) und dem Zündzeitpunkt (B) der HKZ (44, 45, 46, 47) eingeschaltet ist (Erfassung von Isolations­ mängeln).

16. Zündeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (112, 113) während des Anstehens (t2) der Zündfunken-Brennspannung eingeschaltet ist (Ermittlung des Zündkerzen-Elektrodenabstands, Ermittlung von Unterbre­ chungen des Brennverlaufs).

17. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung (D) mit einer Spannungseinspeisung (103, 104) zum Anlegen einer Saugspan­ nung an die Zündkerzen (30, 31, 32, 33) nach Abschalten (C) der jeweiligen HKZ (44, 45, 46, 47) sowie mit einer zur Erfassung von Schwingungen im kHZ-Bereich ausgelegten Auswer­ teschaltung versehen ist (Klopferkennung).

18. Zündeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugspannung eine Gleichspannung ist.

19. Zündeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugspannung eine Wechselspannung mit einer Frequenz ist, die ein Mehrfaches der Frequenz der zu erwartenden Schwingungen beträgt.

20. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgangssignale der Diagnoseeinrichtung (D) der PTZ (36) als Steuer- oder Regelsignale zugeführt werden.