EP0596471A2 - Wechselstromzündsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit Regelung der Zündenergie - Google Patents

Wechselstromzündsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit Regelung der Zündenergie Download PDF

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EP0596471A2
EP0596471A2 EP93117813A EP93117813A EP0596471A2 EP 0596471 A2 EP0596471 A2 EP 0596471A2 EP 93117813 A EP93117813 A EP 93117813A EP 93117813 A EP93117813 A EP 93117813A EP 0596471 A2 EP0596471 A2 EP 0596471A2
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EP
European Patent Office
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ignition
input
current
output
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP93117813A
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English (en)
French (fr)
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EP0596471A3 (de
Inventor
Udo Mai
Ekkehard Kollmann
Johann Wandl
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Vogt Electronic AG
Original Assignee
Vogt Electronic AG
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Publication date
Application filed by Vogt Electronic AG filed Critical Vogt Electronic AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
    • F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/045—Layout of circuits for control of the dwell or anti dwell time
    • F02P3/0453—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F02P3/0456—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/10—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having continuous electric sparks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines

Definitions

  • a computer 1 is provided in all circuits, in the memory of which motor-specific data relating to the necessary ignition voltage and current are stored in the form of a characteristic field. After this, z. B. the required ignition voltage with increasing speed, but increases with increasing load.
  • the ignition voltage and the ignition current are controlled as a function of this characteristic field and of measured values recorded by the sensor 2, which correspond to current operating parameters.
  • the control takes place by means of the computer 1, its outputs 3 and 4 or 8 control signals for controlling the IGBT transistor 12 and thus for determining the duration of the alternating ignition current and the ignition coil energy deliver.
  • the operating frequency is preferably in the range from approximately 8 kHz to 17 kHz, but can, with appropriate circuit dimensions, also extend down to approximately 100 Hz and up to the MHz range.
  • the output 3 of the computer 1 is connected to the control input of the IGBT transistor 12 via the first input of an AND gate 29 and the downstream driver stage 17.
  • the output 3 delivers a determine the duration of the alternating ignition current the impulse.
  • the second output 4 which supplies a signal determining the ignition coil energy, is connected to the first input, the (-) input, of the comparator 27, the output of which is connected via a monoflop 28 to the second input of the AND gate 29.
  • the switching transistor namely the IGBT transistor 12 is located in the circuit of the primary winding 10b of the ignition coil 10 fed from the DC voltage source 5.
  • the spark plug 11 with its symbolically indicated electrodes is located in the circuit of the secondary winding 10a of the ignition coil 10.
  • a resonant circuit capacitor 13 and an energy recovery diode 15 are connected parallel to the output of the switching transistor 12, that is to say parallel to the collector-emitter path of this transistor.
  • An ohmic resistor 31 is arranged in the working circuit of the IGBT transistor 12, namely between the emitter and ground. The voltage falling across it and proportional to the ignition coil current is fed to the second input, namely the (+) input of the comparator 27.
  • This circuit works as follows. By means of the signal supplied at the output 3 of the computer for determining the duration of the ignition spark, which reaches the base of the IGBT transistor via the driver stage 10 when the AND gate 29 is open, the latter is switched through, as a result of which the current in the primary winding 10b of the ignition coil 10 increases linearly . Proportional to this current, a voltage drops across the emitter resistor 31, which voltage is fed via line 6 to the (+) input of the comparator 27. As long as the voltage applied to this (+) input is below the energy control voltage supplied by output 4 of the computer, the AND gate controlled by the output of comparator 27 via monoflop 28 remains open.
  • the output of the comparator 27 becomes positive and triggers the monoflop 28, which blocks the AND gate 29 for the duration of the pulse generated by it .
  • the result is that the IGBT transistor 12 is blocked.
  • the energy stored in the ignition coil 10 generates a semi-sinusoidal voltage on the capacitor 13, which voltage, transformed to the secondary winding 10a, represents the ignition voltage for the spark plug 11.
  • the excess energy is returned to the ignition coil via the energy recovery diode 15.
  • the duration of the pulse supplied by the monoflop 28 is dimensioned such that the transistor 12 is safely blocked during the duration of the semi-sinusoidal voltage across the capacitor 13.
  • the pulse of the monoflop ends during the current flow time of the energy recovery diode 15.
  • Fig. 2 works in the same way as the circuit explained above. Fig. 1.
  • the circuit acc. Fig. 2 is only compared to that according to. 1 is simplified because the functions of the comparator 27, the monoflop 28 and the AND gate 29 are replaced by calculations in the computer 1.
  • the energy stored in the coil must be varied in order to implement the proposed invention by changing the switch-on time of the transistor. After switching off, that is to say blocking, the transistor for a predetermined time, the switching transistor is to be switched through again, that is to say to open.
  • switching acc. Fig. 1 ensures the monoflop 28.
  • this predetermined switch-off time is determined by the computer. Otherwise, the operation of the circuit corresponds to. 2 of those of FIG. 1st
  • the connection 7 shown in FIG. 2 is not required. However, if there is no constant operating voltage available over time, its value is to be fed to computer 1 as a further operating parameter via input 7.
  • Fig. 3 is a control circuit constructed with further discrete components acc. presented the invention.
  • control output 3 of the computer is also connected to an input of an AND gate 22, which, however, has two further inputs.
  • This AND gate 22 is connected to the first input, the S input, of an RS flip-flop 18.
  • the second control output 4 of the computer 1 is connected to the (-) input of a comparator 26, the output of which leads to the R input of the RS flip-flop.
  • the Q output of the RS flip-flop 18 controls the IGBT transistor 12 via a driver stage 17, which is in the circuit of the primary winding 10b of the ignition coil 10 fed from the voltage source 5.
  • the spark plug 11 lies with its electrodes on the secondary winding 10a of the ignition coil 10.
  • the arrangement of the resonant circuit capacitor 13 and the energy recovery diode 15 corresponds to that in the circuit according to FIG. Fig. 1. On ders than in the circuit according.
  • a signal is derived from the current flowing through the diode 15 by means of a current converter 14 which, after differentiation with the differentiating stage 16 and reversal by means of the inverter 19, is fed to the second input of the AND gate 22.
  • the current transformer consists of a converter 14, the primary winding 14a of which is in the circuit of the diode 15 and the secondary winding 14b is terminated with an ohmic resistor 33.
  • the third input of the AND gate 22 is fed with a signal which is derived from the voltage induced in the ignition coil.
  • a second secondary winding 10c is inductively coupled to the primary winding 10b of the ignition coil 10, into which the ignition voltage induces a control voltage which is supplied to the third input of the AND gate 22 after rectification by means of the rectifier 20 and reversal by means of the inverter 21.
  • the linearly increasing voltage supplied to the second input of the comparator 26 is derived from the switching transistor current, a separate DC voltage source is used for this purpose in the circuit according to FIG. 3.
  • This consists of the direct current source 23, at the output of which is a capacitor 24 which is bridged by the switching transistor 25. This is controlled by the Q output of the flip-flop 18. If the switching transistor 25 is blocked, the capacitor 24, which is connected to the plus input of the comparator 26, can charge linearly. If this voltage reaches the value predetermined by the voltage at output 4 of computer 1, comparator 26 generates a signal toggling the flip-flop at its output connected to the R input of flip-flop 18.
  • the pulse supplied by the output 3 and determining the spark duration sets the RS flip-flop 18 via the AND gate 22, insofar as signals switching through the AND gate 22 are present at the two further inputs.
  • the IGBT transistor 12 is switched through via the now positive Q output of the flip-flop 18 and the driver stage 17.
  • the switching transistor 25 is blocked via the Q output of the flip-flop 18, so that a linear voltage 1 is present across the capacitor 24 in the manner described above.
  • This voltage U1 and the energy control voltage 4 supplied by the computer 1 via the output 4 are fed to the inputs of the comparator 26. If the capacitor voltage U1 exceeds the control voltage 4, the voltage at the output of the comparator becomes positive, as a result of which the flip-flop 18 is reset.
  • the AND gate 22 is generated on the one hand via the secondary winding 10c, the diode 20 and the inverter 21 and on the other hand via the current transformer 14, the differentiating circuit 16 and the inverter 19, a signal blocking the AND gate 22.
  • the flip-flop 18 cannot be set, so that the transistor 25 remains switched on, that is to say conductive, and the charging of the capacitor 24 is prevented. If both processes have subsided, the gate 22 is released again, the flip-flop 18 is set and the cycle begins again.
  • This measure makes it possible to adapt the ignition current to the respective conditions and thus to achieve a maximum candle life.
  • this ignition energy control extends the life of the catalyst. Since gasoline is known to destroy the catalytic converter, the ingress of gasoline must be prevented. To achieve this, a signal is fed to the computer 1 by means of a sensor as soon as the ignition has taken place.
  • sensors can e.g. B. knock sensors or motion sensors, which detect the differential angular velocity of the crankshaft.
  • a specific ignition energy is specified by means of the computer 1, starting from the characteristic field. If the ignition or ignition is determined, the ignition process can be stopped immediately. If, on the other hand, no ignition is detected after a predetermined time, the computer can ignite the z. B. continuously increase until the ignition occurs. If no ignition is achieved within the intended ignition period, the ignition energy can be set to the maximum value and the ignition can remain switched on until the next top dead center (TDC) is reached. This measure ensures that the largest possible proportion of the gasoline-air mixture present in the cylinder space is burned, which leads to a maximum catalyst life.
  • TDC top dead center
  • the fuel supply of the special cylinder can be interrupted by computer 1 and an alarm signal can be given to the driver.
  • the proposal according to the invention for ignition energy control as a function of a characteristic curve field and of measured operating parameters in combination with a ignition sensor which monitors or ascertains the ignition process leads to optimum candle protection and catalyst life.

Abstract

Es wird ein mit Wechselstrom arbeitendes Zündsystem beschrieben, bei welchem ein Rechner, in welchem ein motorspezifisches Kennlinienfeld abgespeichert ist und welchem über Sensoren Betriebsparameter zugeführt werden, die Dauer des Wechselzündstromes und die Zündspulenenergie steuert. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für Verbrennungskraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
  • Ein derartiges Zündsystem für Wechselstromzündung ist aus DE 39 28 726 bekannt. Um das Zündsystem den verschiedenen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine anzupassen, läßt sich die Einschaltdauer des Hochfrequenz-Wechselzündstromes und damit die Brenndauer des Zündfunkens verändern. Bei diesem bekannten Zündsystem bleibt die Zündstromamplitude während der Brenndauer konstant. Sie muß so groß gewählt werden, daß sie in allen Betriebszuständen des Motors eine sichere Zündung gewährleistet. Die effektiv benötigte Zündstromamplitude sowie die Zündspannungsamplitude sind für verschiedene Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine sehr unterschiedlich. Dies bedeutet, daß die zur Zündung bei dem bekannten System aufgewandte Energie in der Regel zu groß ist. Dies hat einen erhöhten Zündkerzenverschleiß, hohen Stromverbrauch beim Starten und während des Betriebes.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt der Aufgabe zugrunde, ein mit Wechselzündstrom arbeitendes Zündsystem für Verbrennungskraftmaschinen zu schaffen, welches besser dem jeweiligen Betriebszustand angepaßt ist.
  • Nach dem Vorschlag der Erfindung wird diese Aufgabe mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, mittels eines Rechners unter Berücksichtigung der im Rechner abgespeicherten motorspezifischen Kenndaten und der mit Sensoren gemessenen Betriebsparameter sowohl die Dauer des Wechselzündstromes als auch die die Zündspulenergie bestimmende Spannung zu steuern und damit die aufgewandte Energie optimal dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Verschiedene Schaltungen sowie Ausgestaltungen dieser Schaltungen zur Realisierung dieses Erfindungsvorschlages sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. In dieser zeigen:
    • Fig. 1: Ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Zündstromsteuerung nach einem ersten Ausführungsbeipiel,
    • Fig. 2: ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
    • Fig. 3: ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist bei allen Schaltungen ein Rechner 1 vorgesehen, in dessen Speicher motorspezifische Daten in Bezug auf die notwendige Zündspannung und Strom in Form eines Kennlinienfeldes abgelegt sind. Nach diesem sinkt z. B. die erforderliche Zündspannung mit wachsender Drehzahl, steigt jedoch mit zunehmender Last.
  • In Abhängigkeit von diesem Kennlinienfeld und von mit dem Sensor 2 aufgenommenen Meßwerten, welche aktuellen Betriebsparametern entsprechen, erfolgt die Steuerung der Zündspannung und des Zündstromes.
  • Wie bekannt, ist die in einer Spule mit der Induktivität L gespeicherte Energie E bei einem Stromfluß I durch folgende Formel bestimmt:
    Figure imgb0001
  • Da die Induktivität L der Zündspule bei einem Zündsystem nicht veränderbar ist, kann zur Energiesteuerung nur der Strom I geändert werden. Für den Strom gilt folgender Zusammenhang:
  • Figure imgb0002
    Bei dem aus der elektrischen Anlage des Kraftfahrzeuges gespeisten Zündsystem sollte die Betriebsspannung U aus technischen Gründen konstant gehalten werden, so daß als einzige Einstellgröße zur Veränderung der gespeicherten Energie die Stromflußzeit t bleibt. Sie wird geändert durch Variation der Einschaltzeit eines im Stromkreis der Zündspule angeordneten Schalttransistors, nämlich des IGBT-Transistors (12) bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis Fig. 3. Je länger der IGBT-Transistor durchgeschaltet ist, desto größer wird der die Zündspule 10 durchfließende Strom und desto größer ist die in ihr gespeicherte Energie E, welche die an die Zündkerze gelieferte Spannung und die Brennstromamplitude bestimmt.
  • Bei allen Schaltungen gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 erfolgt, wie erwähnt, die Steuerung mittels des Rechners 1, dessen Ausgänge 3 und 4 bzw. 8 Steuersignale zur Steuerung des IGBT-Transistors 12 und damit zur Bestimmung der Dauer des Wechselzündstromes sowie der Zündspulenenergie liefern. Die Betriebsfrequenz liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 8 kHz bis 17 kHz, kann jedoch bei entsprechender Schaltungsdimensionierung auch bis etwa 100 Hz herab und bis in den MHz-Bereich hinauf reichen.
  • Im einzelnen haben diese Schaltungen folgenden Aufbau und folgende Funktionsweise.
  • Bei der Schaltung gem. Fig. 1 ist der Ausgang 3 des Rechners 1 über den ersten Eingang eines Und-Gatters 29 und die nachgeschaltete Treiberstufe 17 mit dem Steuereingang des IGBT-Transistors 12 verbunden. Der Ausgang 3 liefert einen die Dauer des Wechselszündstromes bestimmenden Impuls.
  • Der zweite Ausgang 4, welcher ein die Zündspulenenergie bestimmendes Signal liefert, ist mit dem ersten Eingang, dem (-)-Eingang, des Komparators 27 verbunden, dessen Ausgang über ein Monoflop 28 mit dem zweiten Eingang des Und-Gatters 29 verbunden ist.
  • Der Schalttransistor, nämlich der IGBT-Transistor 12, liegt im Stromkreis der aus der Gleichspannungsquelle 5 gespeisten Primärwicklung 10b der Zündspule 10. Im Stromkreis der Sekundärwicklung 10a der Zündspule 10 liegt die Zündkerze 11 mit ihren symbolisch angedeuteten Elektroden. Parallel zum Ausgang des Schalttransistors 12, also parallel zur Kollektor-Emitterstrecke dieses Transistors, sind ein Schwingkreiskondensator 13 und eine Energierückgewinnungsdiode 15 geschaltet. Im Arbeitsstromkreis des IGBT-Transistors 12, nämlich zwischen Emitter und Masse, ist ein ohmscher Widerstand 31 angeordnet. Die an ihm abfallende, dem Zündspulenstrom proportionale Spannung wird dem zweiten Eingang, nämlich dem (+)-Eingang, des Komparators 27, zugeführt.
  • Diese Schaltung arbeitet wie folgt. Mittels des am Ausgang 3 des Rechners gelieferten Signales zur Bestimmung der Zündfunkendauer, das bei geöffnetem Und-Gatter 29 über die Treiberstufe 10 an die Basis des IGBT-Transistors gelangt, wird letzterer durchgeschaltet, wodurch der Strom in der Primärwicklung 10b der Zündspule 10 linear ansteigt. Proportional zu diesem Strom fällt am Emitterwiderstand 31 eine Spannung ab, welche über die Leitung 6 dem (+)-Eingang des Komparators 27 zugeführt wird. Solange die an diesem (+)-Eingang anliegender Spannung unter der vom Ausgang 4 des Rechners gelieferten Energiesteuerspannung liegt, bleibt das vom Ausgang des Komparators 27 über das Monoflop 28 gesteuerten Und-Gatter geöffnet. Übersteigt jedoch die am (+)-Eingang des Komparators 27 anliegende Spannung die am (-)-Eingang anliegende, wird der Ausgang des Komparators positiv und triggert das Monoflop 28, welcher das Und-Gatter 29 für die Dauer des von ihm erzeugten Impulses sperrt. Die Folge ist, daß der IGBT-Transistor 12 gesperrt wird. Die in der Zündspule 10 gespeicherte Energie erzeugt an dem Kondensator 13 eine halbsinusförmige Spannung, welche, auf die Sekundärwicklung 10a transformiert, die Zündspannung für die Zündkerze 11 darstellt. Die überschüssige Energie wird über die Energierückgewinnungsdiode 15 in die Zündspule zurückgeliefert. Die Dauer des vom Monoflop 28 gelieferten Impulses ist so bemessen, daß während der Dauer der halbsinusförmigen Spannung am Kondensator 13 der Transistor 12 sicher gesperrt ist. Der Impuls des Monoflops endet während der Stromflußzeit der Energierückgewinnungsdiode 15. Ist der Strom durch diese Diode 15 zu Null geworden, beginnt der Strom durch den Transistor 12 zu fliessen, bis die am Emitterwiderstand 31 abfallende Spannung wieder die am Ausgang 4 des Rechners 1 generierte Energiesteuerspannung erreicht hat. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, wie der vom Ausgang 3 des Rechners 1 gelieferte, die Zündfunkdauer bestimmende Impuls anliegt.
  • Auch die weitere, scheinbar einfacher aufgebaute Schaltung gem. Fig. 2 arbeitet in gleicher Weise wie die oben erläuterte Schaltung gem. Fig. 1. Die Schaltung gem. Fig. 2 ist nur deshalb gegenüber derjenigen gem. Fig. 1 vereinfacht, weil die Funktionen des Komparators 27, des Monoflops 28 und des Und-Gatters 29 durch Berechnungen im Rechner 1 ersetzt sind.
  • Wie bereits einleitend erläutert ist, ist zur Realisierung des Erfindungsvorschlages durch Verändern der Einschaltzeit des Transistors die in der Spule gespeicherte Energie zu variieren. Nach dem Abschalten, also dem Sperren, des Transistors für eine vorbestimmte Zeit ist der Schalttransistor wieder durchzuschalten, also zu öffnen. Bei der Schaltung gem. Fig. 1 sorgt hierfür das Monoflop 28. Bei der Schaltung gem. Fig. 2 wird diese vorbestimmte Abschaltzeit durch den Rechner festgelegt. Im übrigen entspricht die Arbeitsweise der Schaltung gem. Fig. 2 derjenigen nach Fig. 1.
  • Soweit die Spannungsquelle 5 eine konstante Spannung liefert, bedarf es der in Fig. 2 eingezeichneten Verbindung 7 nicht. Falls jedoch keine über die Zeit konstante Betriebsspannung zur Verfügung steht, ist deren Wert als weiterer Betriebsparameter über den Eingang 7 dem Rechner 1 zuzuführen.
  • In Fig. 3 ist eine mit weiteren diskreten Bauelementen aufgebaute Steuerschaltung gem. der Erfindung dargestellt.
  • Ähnlich der Schaltung gem. Fig. 1 ist auch bei dieser Schaltung der Steuerausgang 3 des Rechners mit einem Eingang eines Und-Gatters 22, das allerdings zwei weitere Eingänge aufweist, verbunden.
  • Der Ausgang dieses Und-Gatters 22 ist mit dem ersten Eingang, dem S-Eingang, eines RS-Flip-Flops 18 verbunden.
  • Der zweite Steuerausgang 4 des Rechners 1 ist mit dem (-)-Eingang eines Komparators 26 verbunden, dessen Ausgang zum R-Eingang des RS-Flip-Flops führt. Der Q-Ausgang des RS-Flip-Flops 18 steuert über eine Treiberstufe 17 den IGBT-Transistor 12, welcher im Stromkreis der aus der Spannungsquelle 5 gespeisten Primärwicklung 10b der Zündspule 10 liegt. Wie bei den Schaltungen gem. Fig. 1 und 2 liegt die Zündkerze 11 mit ihren Elektroden an der Sekundärwicklung 10a der Zündspule 10. Die Anordnung des Schwingkreiskondensators 13 und der Energierückgewinnungsdiode 15 entspricht der bei der Schaltung gem. Fig. 1. Anders als bei der Schaltung gem. Fig. 1 wird allerdings aus dem die Diode 15 durchfließenden Strom mittels eines Stromwandlers 14 ein Signal abgeleitet, welches nach Differenzierung mit der Differenzierstufe 16 und Umkehrung mittels des Inverters 19 dem zweiten Eingang des Und-Gatters 22 zugeführt wird. Bei der Schaltung gem. Fig. 3 besteht der Stromwandler aus einem Umformer 14, dessen Primärwicklung 14a im Stromkreis der Diode 15 liegt und dessen Sekundärwicklung 14b mit einem ohmschen Widerstand 33 abgeschlossen ist.
  • Der dritte Eingang des Und-Gatters 22 wird mit einem Signal beschickt, welches aus der in der Zündspule induzierten Spannung abgeleitet ist. Zu diesem Zweck ist an die Primärwicklung 10b der Zündspule 10 eine zweite Sekundärwicklung 10c induktiv angekoppelt, in welche die Zündspannung eine Steuerspannung induziert, die nach Gleichrichten mittels des Gleichrichters 20 und Umkehren mittels des Inverters 21 dem dritten Eingang des Und-Gatters 22 zugeführt wird.
  • Während bei der Schaltung nach Fig. 1 die dem zweiten Eingang des Vergleichers 26 zugeführte linear ansteigende Spannung aus dem Schalttransistorstrom abgeleitet ist, dient diesem Zweck bei der Schaltung nach Fig. 3 eine eigene Gleichspannungsquelle. Diese besteht aus der Gleichstromquelle 23, an deren Ausgang ein Kondensator 24 liegt, welcher von dem Schalttransistor 25 überbrückt ist. Dieser wird von dem Q-Ausgang des Flip-Flops 18 gesteuert. Ist der Schalttransistor 25 gesperrt, kann sich der Kondensator 24, der mit dem Plus-Eingang des Komparators 26 verbunden ist, linear aufladen. Erreicht diese Spannung den durch die Spannung am Ausgang 4 des Rechners 1 vorgegebenen Wert, erzeugt der Komparator 26 an seinem mit dem R-Eingang des Flip-Flops 18 verbundenen Ausgang ein das Flip-Flop umschaltendes Signal.
  • Dies vorausgesetzt, ist nachfolgend die Funktionsweise der Schaltung gem. Fig. 3 erläutert.
  • Der vom Ausgang 3 gelieferte und die Zündfunkendauer bestimmende Impuls setzt über das Und-Gatter 22 das RS-Flip-Flop 18, soweit jedenfalls auch an den beiden weiteren Eingängen das Und-Gatter 22 durchschaltende Signale anstehen. Über den jetzt positiven Q-Ausgang des Flip-Flops 18 und die Treiberstufe 17 wird der IGBT-Transistor 12 durchgeschaltet. Gleichzeitig wird über den Q-Ausgang des Flip-Flops 18 der Schalttransistor 25 gesperrt, so daß an dem Kondensator 24 in der oben beschriebenen Weise eine linear anstehende Spannung 1 ansteht. Diese Spannung U1 und die vom Rechner 1 über den Ausgang 4 gelieferte Energie-Steuerspannung 4 werden den Eingängen des Komparators 26 zugeführt. Übersteigt die Kondensatorspannung U1 die Steuerspannung 4, wird die Spannung am Ausgang des Komparators positiv, wodurch das Flip-Flop 18 zurückgesetzt wird. Hierdurch wird der IGBT-Transistor 12 gesperrt, wodurch, wie bereits oben erläutert, die Zündspannung erzeugt wird. Da während der Dauer der halbsinusförmigen Spannung am Kondensator 13 und während der Leitzeit der Energierückgewinnungsdiode 15 der Kondensator 24 nicht geladen werden soll, muß der Schalttransistor 25 in dieser Zeit durchgeschaltet sein. Zu diesem Zweck wird dem Und-Gatter einerseits über die Sekundärwicklung 10c, die Diode 20 und den Inverter 21 und andererseits über den Stromwandler 14, die Differenzierschaltung 16 und den Inverter 19 jeweils ein das Und-Gatter 22 sperrendes Signal erzeugt. Infolgedessen kann das Flip-Flop 18 nicht gesetzt werden, so daß der Transistor 25 durchgeschaltet, also leitend, bleibt und die Aufladung des Kondensators 24 verhindert wird. Sind beide Vorgänge abgeklungen, wird das Gatter 22 wieder freigegeben, das Flip-Flop 18 gesetzt und der Zyklus beginnt von neuem.
  • Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Zündstrom den jeweiligen Verhältnissen anzupassen und damit eine maximale Kerzenlebensdauer zu erzielen.
  • Darüber hinaus führt diese Zündenergiesteuerung zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Katalysators. Da bekanntermaßen Benzin den Katalysator zerstört, muß das Eindringen von Benzin verhindert werden. Um dies zu erreichen, wird dem Rechner 1 mittels eines Sensors ein Signal zugeführt, sowie die Zündung erfolgt ist. Solche Sensoren können z. B. Klopfsensoren oder Bewegungsgeber, welche die differenzielle Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfassen, sein.
  • Zu Beginn jeder Zündperiode wird mittels des Rechners 1, ausgehend vom Kennlinienfeld, eine bestimmte Zündenergie vorgegeben. Wird die Entflammung bzw. Zündung festgestellt, kann der Zündvorgang sofort abgebrochen werden. Wird dagegen nach einer vorgegebenen Zeit keine Entflammung festgestellt, läßt der Rechner die Zündenergie z. B. kontinuierlich ansteigen, bis die Zündung erfolgt. Wird innerhalb der vorgesehenen Zündperiode keine Entflammung erzielt, kann die Zündenergie auf Maximalwert eingestellt werden und die Zündung für die Dauer bis zum Erreichen des nächsten oberen Totpunktes (OT) eingeschaltet bleiben. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß ein möglichst großer Anteil des im Zylinderraum vorhandenen Benzin-Luft-Gemisches verbrannt wird, was zu einer maximalen Katalysatorlebensdauer führt.
  • Treten mehrere Fehlzündungen in einem bestimmten Zeitintervall auf, kann gesteuert vom Rechner 1 die Benzinzufuhr des speziellen Zylinders unterbrochen und ein Alarmsignal für den Fahrer abgegeben werden.
  • Der erfindungsgemäße Vorschlag der Zündenergiesteuerung in Abhängigkeit von einem Kennlinienfeld und von gemessenen Betriebsparametern in Kombination mit einem den Zündvorgang überwachenden bzw. feststellenden Entflammungssensor führt zu einem Optimum an Kerzenschonung und Katalysatorlebensdauer.

Claims (12)

1. Zündsystem für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einer Gleichspannungsquelle (5), einer Zündspule (10) mit Primär- und Sekundärwicklungen (10b, 10a), deren Primärwicklung (10b) in Reihe mit einem steuerbaren Schalttransistor (12) am Ausgang der Gleichspannungsquelle (5) liegt und deren Sekundärwicklung (10a) mit den Elektroden der Zündkerze (11) verbunden ist, wobei in Reihe mit der Primärwicklung (10b) und parallel zum Schalttransistor (12) ein Schwingkreiskondensator (13) und eine Energierückgewinnungsdiode (15) angeordnet sind, welche einen Zündwechselstrom erzeugen, ferner bestehend aus einer den Schalttransistor (12) steuerenden Steuerschaltung (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ein Rechner (1) ist, in welchem ein motorspezifisches Kennlinienfeld abgespeichert ist und welchem über Sensoren (2) den Betriebsparametern entsprechende Meßwerte zugeführt werden, mit welchen im Rechner (1) unter Berücksichtigung des Kennlinienfeldes ein die Dauer des Zündwechselstromes bestimmender Impuls sowie ein den Schaltzustand des Schalttransistors (12) und damit die Zündspulenenergie steuerndes Signal erzeugt werden.
2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Dauer des Zündwechselstromes bestimmende Impuls dem ersten Eingang eines Und-Gatters (29) und das die Zündspulenenergie steuernde Signal dem zweiten Eingang des Und-Gatters (29) zugeführt werden, dessen Ausgang vorzugsweise über eine Treiberstufe (17) den Schalttransistor (12) steuert.
3. Zündsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zündspulenenergie steuernde Signal dem ersten Eingang (-) eines Komparators (27) zugeführt wird, daß im Arbeitsstromkreis des Schalttransistors (12) ein Widerstand (31) zur Erzeugung einer dem Zündspulenstrom proportionalen Spannung angeordnet ist, welche dem zweiten Eingang (+) des Komparators (27) zugeführt wird, dessen Ausgang über ein Monoflop (28) mit dem zweiten Eingang des Und-Gatters (29) verbunden ist.
4. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Rechners (1) vorzugsweise über eine Treiberstufe (17) unmittelbar den Schalttransistor (12) steuert, daß die veränderbare Einschaltzeit des Transistors (12) im Rechner unter Berücksichtigung der den aktuellen Betriebsparametern entsprechenden Meßwerte berechnet wird, daß die vorzugsweise konstante Ausschaltzeit des Transistors (12) vom Rechner (1) bestimmt wird, wobei durch Verändern der Einschaltzeit des Schalttransistors (12) die in der Zündspule (10) gespeicherte Energie und damit der hochfrequente Zündwechselstrom in seiner Amplitude und Dauer variiert werden.
5. Zündsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner (1) die augenblickliche Spannung der Gleichspannungsquelle (5) als weiterer Betriebsparameter zugeführt wird.
6. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Dauer des Zündwechselstromes bestimmende Impuls dem ersten Eingang (S) eines Flip-Flops (18) zugeführt wird, dessen Q-Ausgang vorzugsweise über eine Treiberstufe (17) den Schalttransistor (12) steuert, daß die die Zündspulenenergie steuernde Spannung dem ersten Eingang (-) eines Komparators (26) zugeführt wird, dessen zweiter Eingang (+) mit einer steuerbaren Gleichspannungsquelle (23, 24, 25), welche eine linear wachsende Gleichspannung liefert, verbunden ist, daß der Ausgang des Komparators (26) mit dem zweiten Eingang (R) des Flip-Flops (18) verbunden ist und daß der Q-Ausgang des Flip-Flops (18) ein die steuerbare Gleichspannungsquelle (23 bis 25) zurücksetzendes Signal liefert.
7. Zündsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Gleichspannungsquelle aus einer Gleichstromquelle (23) besteht, an deren Ausgang ein Kondensator (24) liegt, der von einem Schalttransistor (25) überbrückt ist, dessen Steuereingang mit dem Q-Ausgang des Flip-Flops (18) verbunden ist.
8. Zündsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Dauer des Zündwechselstromes bestimmende Impuls des Rechners (1) dem S-Eingang des Flip-Flops (18) über ein Und-Gatter (22) zugeführt wird, das während des Zündvorgangs gesperrt ist.
9. Zündsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Primärwicklung (10b) der Zündspule (10) eine weitere Wicklung (10c) zur Erzeugung eines der Zündspannung entsprechenden Signales induktiv gekoppelt ist, das nach Gleichrichten mit einer Diode (20) vorzugsweise über einen Inverter (21) dem zweiten Eingang des Und-Gatters (22) zugeführt wird.
10. Zündsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Strom der Energierückgewinnungsdiode (15) ein Signal abgeleitet wird, welches einem dritten Eingang des Und-Gatters (22) zugeführt wird.
11. Zündsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Energierückgewinnungsdiode (15) mittels eines Stromwandlers (14a, 14b, 30) in eine Spannung umgewandelt wird, welche über eine Differenzierstufe (16) und einen Inverter dem dritten Eingang des Und-Gatters (22) zugeführt wird.
12. Zündsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler aus einem Umformer besteht, dessen Primärwicklung (14a) im Stromkreis der Energierückgewinnungsdiode (15) liegt und dessen Sekundärwicklung (14b) von einem ohmschen Widerstand (30) abgeschlossen ist.
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