DE4114087A1 - Zuendanlage fuer verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündanlage gemäß dem einleitenden Teil des Patentanspruchs 1.

An eine moderne Zündanlage für Verbrennungskraftmaschinen insbesondere von Kraftfahrzeugen werden eine Reihe von Forderungen gestellt, die teilweise unvereinbar erscheinen.

Zum Erreichen eines guten Wirkungsgrades muß die Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches im Zylinder zeitlich sehr präzise erfolgen. Hierzu ist eine große Zündenergie bereit­ zustellen. Geht man vom Normalbetrieb aus, muß diese hohe Energie nur kurzzeitig an der Zündkerze anliegen. Bei ungünstigen Bedingungen ist die Entflammung des Kraftstoff- Luft-Gemisches mit kurzen Zündstromphasen jedoch nicht sichergestellt. Aus diesem Grund hat sich die für den Normalbetrieb an sich günstige Hochspannungskondensator­ zündung (HKZ) nicht durchsetzen können.

Wegen der Abgasvorschriften und wegen der Verwendung von Katalysatoren sind Fehlzündungen äußerst unerwünscht. Um Zündaussetzer zu vermeiden, ist es Stand der Technik, die elektrische Zündenergie erheblich überzudimensionieren. Dies geschieht bei den bekannten Zündanlagen gemäß dem einleitenden Teil des Patentanspruchs 1 u. a. dadurch, daß der Zündstrom nach dem Überspringen des Zündfunkens unabhängig vom Zündvorgang über eine verhältnismäßig lange Zeitspanne aufrechterhalten wird.

Die bekannte diesbezügliche Technik hat die Nachteile, daß sie

• - Fehlzündungen letztlich auch nicht mit Sicherheit verhindert.
• - Keine Information über Zündaussetzer liefert, um Folge­ schäden (Zerstörung des Katalysators) durch einen rechtzeitigen Serviceeinsatz zu vermeiden.
• - Einen hohen Zündkerzenabbrand bedingt und somit die Zündpräzision sowie die Lebensdauer der Zündkerzen herabsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündanlage gemäß dem einleitenden Teil des Patentanspruchs 1 zu schaf­ fen, die eine hohe Sicherheit gegen Fehlzündungen bei weitgehend minimiertem Zündkerzenabbrand bietet.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Zündanlage wird der Zündstrom für jeden Zündvorgang nach dem Überspringen des Zündfunkens jeweils nur so lange, wie zur Entflammung des Kraftstoff- Luft-Gemisches unbedingt nötig, aufrechterhalten. Im Nor­ malfall ist diese Zeitdauer sehr kurz. Unter schwierigen Bedingungen kann sie aber auch relativ lang sein. Durch die von der erfindungsgemäßen Zündanlage ermöglichte Abstimmung der Zündstromdauer auf den jeweiligen Bedarf wird der Zündkerzenabbrand insgesamt weitestgehend mini­ miert. Außerdem kann die erfindungsgemäße Zündanlage auf sehr einfache Weise auch dafür herangezogen werden, eine erhöhte Gefahr des Auftretens von Fehlzündungen und/oder das Auftreten von Zündaussetzern anzuzeigen, indem zusätz­ lich beobachtet wird, ob und wann innerhalb der vorbestimm­ ten maximalen Zeitdauer bis zur Abschaltung der Zündein­ richtung für die einzelnen Zylinder Entflammungen stattfin­ den.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Zündanlage gemäß Patentanspruch 1.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispie­ len anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 das Blockschaltbild der ersten Ausführungsform, und

Fig. 2 das Blockschaltbild der zweiten Ausführungsform.

Bei beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen weist die jedem Zylinder der Verbrennungskraftma­ schine einzeln zugeordnete Zündeinrichtung für jeden Zylin­ der ein gesondertes Zündmodul auf, das schnell, d. h. prak­ tisch verzögerungsfrei, ein- und auch ausschaltbar ist und im eingeschalteten Zustand einen unbefristeten Brenn­ strom an die jeweilige Zündkerze zu liefern vermag. Außer­ dem werden die einzelnen Entflammungen in den Zylindern bzw. das Ausbleiben von Entflammungen während der maximalen Einschaltdauer der Zündmodule sensorisch erfaßt und das jeweilige Zündmodul unmittelbar nach erfolgter Entflammung des Kraftstoff/Luft-Gemisches im zugehörigen Zylinder abgeschaltet. Eine hierfür geeignete Zündeinrichtung ist z. B. in der Patentanmeldung P 39 28 726.2 vom 30.08.1989 beschrieben. Der hierzu erforderliche Sensor kann auch als Klopfsensor mitbenutzt werden. Es könnte auch ein gemeinsamer akustischer Sensor eingesetzt werden.

Die Grundidee bei der erfindungsgemäßen Zündanlage ist, einen Zündfunken nur so lange anliegen zu lassen, bis das Kraftstoff/Luft-Gemisch jeweils in dem Zylinder entzün­ det ist. Meistens ist die Zeit dieses Vorganges sehr kurz und demgemäß die erforderliche elektrische Zündenergie klein. In den seltenen Fällen, in denen es nicht zu einer sofortigen Entflammung kommt, fließt der Zündstrom durch die Zündkerze weiter, bis das Gemisch zündfähig wird. Vorzugsweise steigt die Amplitude des Zündstromes progres­ siv an, um den Zündvorgang zu erleichtern. Das gleiche gilt auch für die Hochspannung bei zunächst ausbleibender Funkenbildung. Vorzugsweise werden die Zündvorgänge nicht nur hinsichtlich des Auftretens oder Nichtauftretens von Entflammungen, sondern auch hinsichtlich der Zeitdauer zwischen dem Soll-Zündzeitpunkt und der tatsächlich statt­ findenen Entflammung überwacht, und wenn es häufiger zu längeren Zündverzögerungen kommt, kann dieser Sachverhalt im Bordrechner erfaßt und dem Fahrer zur Warnung vor einer erhöhten Gefahr von Zündaussetzern angezeigt werden. So wird ein frühzeitiger Serviceeingriff ermöglicht, bevor Fehlzündungen auftreten. Andererseits macht die Anzeige von Zündaussetzern den Benutzer darauf aufmerksam, daß der weitere Betrieb der Kraftmaschine unmittelbar mit einer hohen Gefahr für diese bzw. für Teile von dieser, z. B. den Katalysator, verbunden ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist das für jeden Zylinder gesondert vorgesehene Zündmodul mit 5 bezeichnet. Für jeden Zylinder ist ein gesonderter Sensor hier in Form eines Druckgebers, der auf den im Zylinder jeweils vorherrschenden Druck anspricht, vorgesehen.

Der Sensor 1 gibt sein Signal des Gemischdruckes an einen Komparator 2. Dieser vergleicht das Signal mit einer Refe­ renzspannung, die so gewählt ist, daß nur Signale vom Sensor 1 an den Komparatorausgang gelangen, die durch einen Druck im Zylinder ausgelöst werden, der größer als die Kompression ist. Ein ODER-Gatter 3 überträgt diese Signale an ein Flip-Flop 4, das vorher jeweils von einer Zündzeitpunktelektronik 7 gesetzt wurde, und setzt dieses zurück. Das FF 4 schaltet das Zündmodul 5 im gesetzten Zustand ein und im zurückgesetzten Zustand aus. Unabhängig vom Komparator 2 wird das FF 4 über das ODER-Gatter 3 bei nicht erfolgter Entflammung nach ca. einer halben Kurbelwellendrehung durch ein Signal aus der Zündzeitpunkt­ elektronik 7 zurückgesetzt und damit die Zündung auf jeden Fall abgeschaltet. Dieser Vorgang wird erkannt und zur Anzeige gebracht (Fehlersignal). Fallen das Einschalten der Zündung und die Entflammung des Gemisches sehr nahe zusammen, wird durch die Zündzeitpunktelektronik 7 die Zündeinschaltung verzögert, um das Klopfen zu vermeiden. Ein ggf. über eine gesonderte Leitung ausgegebenes weiteres Fehlersignal liefert die Zündzeitpunktelektronik 7, wenn es zwar zu einer Entflammung kommt, die Zeitdauer zwischen dem Einschalten des Zündmoduls für den Soll-Zündzeitpunkt und der Entflammung aber eine vorbestimmte Dauer über­ schreitet. Zur Bildung der Fehlersignale erhält die Zünd­ zeitpunktelektronik 7 vom Ausgang des FF 4 Informationen über den Einschalt- und Ausschaltzeitpunkt der jeweiligen Zündmodule 5.

Anstelle des Druckgebers 1 könnte auch ein optischer Sensor für jeden der Zylinder eingesetzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird ein üblicher Schallsensor für die Klopferkennung als Sensor 1, zum Detektieren der explosionsartigen Entflammungen in den einzelnen Zylindern mitbenützt. Die Zündzeitpunktelektronik 7′ übernimmt hier das Ein- sowie das Ausschalten der jewei­ ligen Zündmodule 5′, von denen ebenso wie bei der Ausfüh­ rung gemäß Fig. 1 für jeden Zylinder eines gesondert vorge­ sehen ist. Ein von dem Nockenwellengeber 6′ gesteuerter Mehrfachschalter 10 schafft Zeitfenster zur Unterscheidung der einzelnen Zylinder. Jedem Zeitfenster ist eine Schal­ tungsanordnung nachgeschaltet, die im wesentlichen der Schaltungsanordnung mit den Bauelementen 2, 3 und 4 bei der Ausführung gemäß Fig. 1 entspricht und die gleiche Funktion erfüllt wie diese. Die Bauelemente sind hier mit 2′, 3′ und 4′ bezeichnet. Ebenso wie in Fig. 1 erhält die Zündelektronik 7 Information über die Kolbenstellungen durch den hier mit 6′ bezeichneten Nockenwellengeber, der ein der augenblicklichen Winkelstellung der Nockenwelle entsprechendes Signal liefert. Die Spannungsversorgung für die Zündmodule 5′ übernimmt ein Netzteil 8′, das dem bei der Ausführung nach Fig. 1 zu dem gleichen Zweck vorge­ sehenen Netzteil 8 entspricht.

Das Setzen des FF 4′ und dessen Rücksetzen am Ende der vorbestimmten maximalen Zeitdauer übernimmt in der Zünd­ zeitpunktelektronik 7′ der übliche, auch bei der Ausführung gemäß Fig. 1 vorgesehene (dort nicht dargestellt) Mikropro­ zessor 11, der die den Motor-Betriebsdaten entsprechenden Signale, die Signale des Nockwellengebers 6′ und ggf. weitere, in ihn eingegebene, für den Betrieb der Maschine wichtige Signale ggf. programmgesteuert auswertet und verknüpft.

Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich somit von der Ausführung nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß bei ihr anstelle eines gesonderten Sensors 1 für jeden Zylinder, ein allen Zylindern gemeinsamer Sensor 1, vorge­ sehen ist.

Eine Abwandlung zu der vorstehend beschriebenen Funktions­ weise besteht gemäß Patentanspruch 11 darin, daß für jeden der Zylinder die Zündeinrichtung, im Falle der Ausführungs­ beispiele gemäß Fig. 1 und 2 also das betreffende Zündmo­ dul, für den gewünschten Soll-Zündzeitpunkt wie dort je­ weils eingeschaltet, nach einer der normalen Entflammungs­ verzögerung, d. h. der im Normalfall auftretenden Verzöge­ rung zwischen dem Einschalten der Zündung und dem Zeitpunkt der Entflammung, entsprechenden Zeitdauer unabhängig vom Sensor gleich wieder abgeschaltet und nur dann innerhalb der für den Zündvorgang mit Entflammung insgesamt vorgese­ henen, vorbestimmten maximalen Zeitdauer wieder erneut, ggf. zu wiederholten Malen, eingeschaltet wird, wenn der für den Zylinder zuständige Sensor keine Entflammung meldet bzw. gemeldet hat. Diese Vorgehensweise erlaubt es, einer Trägheit der Sensoren und/oder des mit der Entflammung verbundenen Druckanstiegs im Zylinder so Rechnung zu tra­ gen, daß hiermit für den Normalfall keine unnötige Verlän­ gerung der Zündkerzen-Brenndauer verbunden ist. Selbstver­ ständlich können durch entsprechende Überwachung die oben­ genannten Fehler- und Warnsignale auch in diesem Falle gebildet und zur Anzeige gebracht werden.

Claims (11)

1. Zündanlage für Verbrennungskraftmaschinen mit einer den Zylindern einzeln zugeordneten, gesteuert ein- sowie auch ausschaltbaren und zur Lieferung eines unbefristeten Brennstromes an die Zündkerzen geeigneten Zündeinrichtung (5, 5′), gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor (1, 1′) zum Detektieren der Entflammungen der Kraftstoff/Luft-Gemische in den einzelnen Zylindern und durch eine von diesem Sensor (1′)/diesen Sensoren (1) gesteuerte Elektronik, die die Zündeinrichtung (5, 5′) für den jeweiligen Zylinder unmittelbar nach in ihm erfolgter Entflammung, jedenfalls aber nach einer vorbestimmten, auf den Soll-Zündzeitpunkt folgen­ den maximalen Zeitdauer abschaltet.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch je einen Sensor (1) für jeden Zylinder.

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) ein Drucksensor oder ein optischer Sensor ist.

4. Zündanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einzigen Sesor (1′) für mehrere oder alle Zylinder.

5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1′) ein Schwingungsaufnehmer ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsaufnehmer ein an der Verbrennungs­ kraftmaschine montiertes Mikrophon oder piezoelektri­ sches Element ist.

7. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1′)/die Senso­ ren (1) auch zum Detektieren des Klopfens herangezogen werden.

8. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik die Verzöge­ rung zwischen dem Soll-Zündzeitpunkt und der Entflam­ mung für jeden einzelnen Zylinder mißt und ein Anzeige­ signal liefert, wenn Verzögerungen, die eine vorbe­ stimmte Größe überschreiten, häufig vorkommen.

9. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik ein geson­ dertes Anzeigesignal liefert, wenn Entflammungen in den Zylindern ausbleiben.

10. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (5, 5′) für jeden Zylinder je Zündvorgang eine progressiv wachsende Zündspannung und/oder einen progressiv wach­ senden Zündstrom liefert.

11. Abwandlung der Zündanlage gemäß einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektro­ nik die Zündeinrichtung (5, 5′) nach einer der normalen Entflammungsverzögerung entsprechenden Zeitdauer unab­ hängig vom Sensor (1′)/ den Sensoren (1) gleich wieder abschaltet und nur dann innerhalb der für den Zündvor­ gang mit Entflammung insgesamt vorgesehenen, vorbestimm­ ten maximalen Zeitdauer wieder erneut, ggf. zu wieder­ holten Malen, einschaltet, wenn der für den jeweiligen Zylinder zuständige Sensor (1, 1′) keine Entflammung meldet bzw. gemeldet hat.