DE4315999A1 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine derartige Zündanlage aus der DE-OS 23 39 896 bekannt. Bei dieser bekannten Zündanlage ist im Primärstromkreis zwischen der Primärwicklung und der Schaltstrecke des Zündtransistors eine Verbindung mit einem Element bestimmter Durchbruchsspannung an die Steuerelektrode des Schalttransistors geführt. Übersteigt nun beim Übergang der Schalt­ strecke des Zündtransistors in den nicht leitenden Zustand die Span­ nung den zulässigen Wert, so bricht die Spannung an dem Element be­ stimmter Durchbruchsspannung durch und es beginnt über die Steuer­ strecke des Zündtransistors ein Steuerstrom zu fließen, der die Emitter-Kollektor-Strecke des Zündtransistors wieder etwas strom­ durchlässig macht. Dadurch fällt die Spannung an der Schaltstrecke des Zündtransistors wieder ab und zwar so weit, bis die Spannung an dem Schaltelement mit bestimmter Durchbruchsspannung diese Durch­ bruchsspannung unterschreitet. Diese Anordnung mit dem Element fe­ ster Durchbruchsspannung (Zenerdiode) kann nicht für alle Betriebs­ bereiche den Schutz vor Überspannungen sicherstellen. Legt man beispielsweise die Zündanlage und damit das Elemente mit be­ stimmter Durchbruchsspannung so aus, daß bei großer Sekundärlast noch ein für alle Betriebszustände ausreichendes Sekundärspannungs­ angebot zustande kommt, können bei niedriger Sekundärlast höhere Werte an den hochspannungsführenden Teilen auftreten. Eine solche Überlastung kann zu deren Zerstörung führen, wenn z. B. ein Kerzen­ stecker abfällt und es zum Durchschlag der Hochspannungsisolation kommt.

Bisher bekannte Anlagen arbeiteten mit einer festen Primärzenerung als Spannungsklammerung des Zündtransistors und stellen so einen un­ zureichenden Kompromiß zwischen ausreichendem Sekundärspannungsan­ gebot und Hochspannungsfestigkeit der hochspannungsführenden Teile dar.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch Anpassung der Primärspannungszenerung der Endstufen an die jeweilige sekundäre Last keine zu hohe Spannung am Zündgeschirr bei kleiner Last bzw. kein zu niedriges Spannungsangebot bei hoher Last auftritt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß durch Auswertungen der Anstiegszeit der Primärspannung jeweils ein opti­ maler Spannungswert für einen Zündfunken zur Verfügung steht. Beson­ ders vorteilhaft ist weiterhin, daß als Maß für die sekundäre Last die erreichte Spannung in der Primärwicklung nach Ablauf einer vor­ gebbaren Zeit auswertbar ist. Somit kann auf veränderte Betriebsbe­ dingungen unmittelbar reagiert werden.

Letztendlich bietet das Erfassen der sekundärseitig wirkenden Last den Vorteil, daß Aussagen über das zur Verfügung stehende Zündspan­ nungsangebot möglich sind. So ist beispielsweise die Auswertung der Anstiegszeit der Primärspannung oder das Erreichen eines bestimmten Primär-Spannungswertes innerhalb einer vorgebbaren Zeit als Maß für das Zündspannungsangebot auswertbar. Diese primärseitige Erfassung des Zündspannungsangebots auf der Sekundärseite der Zündspule hat ferner den Vorteil, daß es während des normalen Motorbetriebs zur diagnostischen Auswertung für das Erkennen möglicher Fehler im Zünd­ system herangezogen werden kann. So ist ein flacher Anstieg der Sekundärspannung ein Indiz dafür, daß die Zündkerze Nebenschlüsse aufweist. Ist dagegen die erfaßte Funkendauer kürzer als ein Grenz­ wert bzw. fehlt der für eine Verbrennung typische Brennspannungs­ verlauf, so fehlt beispielsweise ein zündfähiges Gemisch oder mög­ licherweise ein Zündfunke an der Zündkerze aufgrund eines abgefal­ lenen Kerzensteckers.

Das eigentliche Hochspannungsangebot ist z. B. durch Abziehen eines Kerzensteckers und entsprechende Messungen möglich, jedoch ist dies bei Betrieb der Brennkraftmaschine nicht anwendbar. Hier bietet die Auswertung wie oben beschrieben, eine einfache Möglichkeit der Zünd­ spannungserfassung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Prinzipaufbau für eine variable Endstufenzene­ rung,

Fig. 2 in Tabellenform den Zusammenhang zwischen Sekundärlast und Anstiegsverlauf der Primärspannung und

Fig. 3 ein Struktogramm zur Erfassung und Auswertung der Primärspannung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Zündeinrichtung bei einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Primärwicklung 1 der Zündspule 2 ist einer­ seits mit der Versorgungsspannung U_B und andererseits über die Kollektor-Emitter-Strecke des Zündtransistors 3 und einen Widerstand 4 mit Masse verbunden. An der Sekundärwicklung 5 der Zündspule 2 greift eine Last an, welche hier als Ersatzschaltbild durch die Parallelschaltung eines Kondensators 6 und eines Widerstandes 7 dar­ gestellt ist. Zur Erfassung der Primärspannung ist zwischen der Primärwicklung 1 und dem Zündtransistor 3 ein Abgriff 8 vorgesehen, so daß die Primärspannung U_P in einer Auswerteeinheit 9 ausgewer­ tet wird, wobei der Anstiegsverlauf der Primärspannung U_P bei Aus­ lösung eines Zündimpulses ein Maß für die sekundäre Last ist. Ein weiterer Abgriff 14 zwischen Primärwicklung und Zündtransistor 3 ist über einen Widerstand 10 und eine Zenerdiode 11 an den Steuereingang eines Transistors 12 geführt. Der Kollektor des Transistors 12 ist über einen Widerstand 15 an eine 5 Volt-Versorgungsspannung geführt, während der Emitter des Transistors 12 an eine Verbindung zwischen einem Steueranschluß 13 für das Zündsignal und dem Steuereingang des Zündtransistors 3 geführt ist. Ein dritter Transistor 16 ist kollek­ torseitig an die Verbindung zwischen dem Widerstand 10 und der Zenerdiode 11 geführt und emitterseitig gegen Masse geschaltet. Der Steuereingang dieses dritten Transistors 16 ist mit der Auswerte­ einheit 9 verbunden.

Die soeben beschriebene Zündanlage hat folgende Wirkungsweise. Über den Steueranschluß 13 wird der Zündtransistor 3 zunächst in den lei­ tenden Zustand gesteuert, so daß die Primärwicklung 1 der Zündspule 2 von Strom durchflossen wird. Am Ende des Signals an dem Steuer­ anschluß 13 gelangt der Zündtransistor 3 in den nicht leitenden Zustand, was eine Unterbrechung des Stromflusses in der Primärwick­ lung 1 der Zündspule 2 und einen davon abhängigen Hochspannungsstoß in der Sekundärwicklung 5 zur Folge hat. Dies würde dann sekundär­ seitig an einer nicht dargestellten Zündkerze zu einem Zündfunken führen. Übersteigt nun beim Übergang des Zündtransistors in den nicht leitenden Zustand die Spannung den zulässigen Wert, so bricht die Spannung an der Zenerdiode 11 durch und an dem Steuereingang des Transistors 12 liegt ein Steuerstrom an, so daß auch ein Steuerstrom am Zündtransistor 3 diesen Transistor wieder etwas stromdurchlässig macht. Dadurch fällt die Spannung an der Schaltstrecke des Zündtran­ sistors 3 sofort wieder ab und zwar so weit, bis die Spannung an der Zenerdiode 11 die Durchbruchsspannung dieser Zenerdiode unterschrei­ tet. Dies ist eine an sich bekannte Spannungsklammerung des Zünd­ transistors 3, wobei die Primärspannung U_P, bei der die Zenerdiode 11 anspricht, als Klammerspannung bezeichnet wird. Am Abgriff 8 wird in der Auswerteeinheit 9 die Primärspannung U_P erfaßt und in der Art ausgewertet, daß über eine Ansteuerung des Transistors 16 die sich an der Zenerdiode 11 aufbauende Spannung variert werden kann, d. h. der Transistor 16 bildet mit dem Widerstand 10 einen einstell­ baren Spannungsteiler, wobei die an der Mitte des einstellbaren Spannungsteilers anliegende Spannung der Spannung entspricht, die an der Zenerdiode 11 anliegt. Je nach Ansteuerung des Transistors 16 wird das an der Zenerdiode anliegende Spannungspotential verändert. Hierzu wird in der Auswerteeinheit 9 vor allem die Anstiegszeit tr der Primärspannung U_P bis zu einem vorgegebenen Wert ausgewertet. So bewirkt eine große kapazitive Last auf der Sekundärseite eine längere Anstiegszeit tr als bei kleiner kapazitiver Last. Bei einer langen Anstiegszeit tr, also bei hoher kapazitiver Last wird der Transistor 16 mit entsprechend großer Spannung aufgesteuert und das angreifende Spannungspotential an der Zenerdiode 11 verkleinert. Im Gegensatz dazu wird bei niedriger Last der Transistor 16 entspre­ chend weniger aufgesteuert, so daß die Zenerdiode 11 wesentlich früher die Durchbruchsspannung erreicht als bei hoher kapazitiver Last.

In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen Sekundärlast und Anstiegs­ zeit tr der Primärspannung dargestellt. Die Tabelle in Fig. 2 ist in zwei Bereiche, in den Bereich a) für größere Lasten im Sekundär­ stromkreis und den Bereich b) für kleinere Lasten aufgeteilt. Diese Bereiche unterscheiden sich dadurch, daß bei der Messung jeweils zwei unterschiedliche Lasten verwendet wurden. Weiterhin sind in der Tabelle die Anstiegszeit tr, welche der Zeit des Anstiegs der Pri­ märspannung von 0 auf 200 V entspricht, die Spannungsänderung dU₁ (während 25 µs) und die Spannungsänderung dU₂ (während 50 µs) dargestellt. Dieser Tabelle in Fig. 2 ist deutlich zu entnehmen, daß bei der unter a angreifenden Last (vgl. die Werte bei C-6 und R-7) eine wesentlich größere Anstiegszeit tr bis zum Er­ reichen von 200 Volt Primärspannung verstreicht als bei der unter Figur b angegebenen Last. Es ist also deutlich zu erkennen, daß ein direkter Zusammenhang zwischen der Anstiegszeit und der Sekundärlast besteht. Dieser Zusammenhang wird in der Auswerteeinheit 9 ausge­ wertet und der Transistor 16 entsprechend angesteuert.

Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung der Sekundärlast, ist dadurch gegeben, daß nach einer vorgebbaren Zeit (beispielsweise 25 oder 50 µs) von der Auswerteeinheit 9 die Spannungsänderung dU_P erfaßt wird. Auch hier ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß das Span­ nungspotential im Teil b) der Tabelle nach der gleichen Zeit bei geringerer Last wesentlich größer ist als das Spannungspotential im Teil a) der Tabelle.

Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit, die erfaßte Primärspannung U_P aus­ zuwerten. So wird in einem Arbeitsschritt 20 die Primärspannung U_P, wie bereits zu Fig. 1 beschrieben, erfaßt, wobei beispiels­ weise entweder die Anstiegszeit tr bis zum Erreichen 200 V Primär­ spannung U_P oder die erreichte Primärspannung U_P nach einer vorgebbaren Zeit auswertbar ist. Im anschließenden Arbeitsschritt 21 wird die erfaßte Primärspannung U_P als Maß für die angreifende Sekundärlast, indem z. B. die Anstiegszeit bis zum Erreichen 200 V bewertet wird ausgewertet und im Arbeitsschritt 22 die Klammerspan­ nung wie zu Fig. 1 beschrieben, über eine entsprechende Ansteuerung des Transistors 16 festgelegt.

Im Arbeitsschritt 23 wird die erfaßte Primärspannung mit Referenz­ werten U_REF der Funkendauer und/oder des Brennspannungsverlaufs verglichen. In der Abfrage 24 wird nun geprüft, ob die erfaßten Größen im Bereich der vorgebbaren Grenzwerte U_REF liegen. Ist dies der Fall, so wird im Arbeitsschritt 25 die ausgewertete Zündung als ordnungsgemäß erkannt. Ein Nein auf die Frage 24 führt zum Arbeits­ schritt 26, in welchem die erfolgte Zündung als fehlerhaft gewertet wird, wobei gleichzeitig eine Einteilung in verschiedene Fehlerarten aufgrund der ausgewerteten Brennspannung möglich ist. So läßt ein fehlendes Überschwingen beim Durchbruch der Zündung bzw. ein flacher Spannungsanstieg auf Nebenschlüsse an der Zündkerze schließen. Im Arbeitsschritt 27 wird nun ein Fehleranzeige-Signal ausgegeben und im Arbeitsschritt 28 die darauffolgende Verbrennung ausgewertet. Über die Auswerteeinheit 9 der Fig. 1 ist es möglich, beispiels­ weise bei einem zu geringen Anstieg der Primärspannung und der Schlußfolgerung auf mögliche Nebenschlüsse das Sekundärspannungs­ angebot über eine entsprechende Klammerung U_KL zu erhöhen, um so ein Freibrennen der Zündkerze zu bewirken.

Claims (6)

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Zündspule und einer Zündendstufe im Primärstromkreis der Zündspule, wobei zur Begrenzung des in der Primärwicklung der Zündspule fließenden Primärstroms eine von der Primärspannung abhängige Spannungsklammerung der Zündend­ stufe über eine Klammerschaltung vorgesehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Klammerspannung mit einer an die Primärspannung (U_P) angeschlossenen Auswerteeinheit (9) in Abhängigkeit einer sekundärseitigen Last (6, 7) in der Art veränderbar ist, daß bei einer hohen Sekundärlast eine hohe Klammerspannung und bei einer niedrigen Sekundärlast eine entsprechend niedrige Klammerspannung an der Klammerschaltung (10, 11, 12, 16) wirkt.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ werteeinheit (9) als Maß der sekundären Last die Anstiegszeit (tr) der Primärspannung (U_P) erfaßt.

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ werteeinheit (9) die Zeit zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Er­ reichen einer vorgebbaren Spannungsschwelle in der Primärwicklung als Maß für die Anstiegszeit (tr) erfaßt.

4. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ werteeinheit (9) nach einer vorgebbaren Zeit nach dem Zündzeitpunkt als Maß für die sekundäre Last die Spannung in der Primärwicklung erfaßt.

5. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erfaßte Primärspannung (U_P) mit Grenzwerten (U_REF) für Funkendauer und/oder Brennspannungsverlauf, die eine korrekte Verbrennung darstellen, vergleichbar ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abweichung der Primärspannung von den Grenzwerten eine fehlerhafte Verbrennung erkannt und ein Fehleranzeige-Signal (27) ausgegeben wird.