EP0607383B1 - Folgefunkenzündanlage für brennkraftmaschinen mit spezieller regelung für den letzten folgezündfunken - Google Patents

Folgefunkenzündanlage für brennkraftmaschinen mit spezieller regelung für den letzten folgezündfunken Download PDF

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EP0607383B1
EP0607383B1 EP93915652A EP93915652A EP0607383B1 EP 0607383 B1 EP0607383 B1 EP 0607383B1 EP 93915652 A EP93915652 A EP 93915652A EP 93915652 A EP93915652 A EP 93915652A EP 0607383 B1 EP0607383 B1 EP 0607383B1
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EP
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ignition
spark
charging process
individual
sequence
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Walter Gollin
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Robert Bosch GmbH
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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
    • 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
    • F02P15/08—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 multiple-spark ignition, i.e. ignition occurring simultaneously at different places in one engine cylinder or in two or more separate engine cylinders
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the ignition system for internal combustion engines, according to the preamble of the main claim.
  • An ignition system for internal combustion engines for generating secondary spark ignitions is already known from DE-A-23 40 865.
  • a secondary spark ignition is an ignition at the target ignition timing calculated by the control unit, but the spark is not allowed to burn out completely. Rather, the coil is recharged using the residual energy and ignites again. This process is repeated until the spreadability limit is reached.
  • the distributability limit is the crankshaft angle that the ignition point of the last ignition may not exceed a subsequent spark ignition, since otherwise there is a risk that the ignition spark will fall into the exhaust stroke when the high-voltage distribution is at rest or that the available high voltage will rotate to the spark plug of the next cylinder when the high-voltage distribution is rotating is given. In both cases, this would adversely affect the driving behavior of the internal combustion engine. For this reason, the charging process of the last individual ignition of an FC spark ignition has been interrupted when the distributability limit has been reached.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that, in addition to the distributability limit, a further crankshaft angle is introduced, which is obtained by subtracting the closing angle associated with a charging process of a single ignition from the angle of the distributable limit. This ensures that the charging process of the last individual ignition of the subsequent spark ignition can be completed in any case, so that the stored energy is sufficient to trigger an ignition spark.
  • the triggering of a charging process which would then be interrupted when the distributability limit was reached, regardless of how fully the coil is charged, is now avoided. This means that there is no unnecessary loss of energy.
  • the control unit of the internal combustion engine can also adapt the closing time of each individual ignition of the secondary spark ignition according to the conditions of the internal combustion engine by detecting the supply voltage, so that here too the primary current is only switched off when the energy stored in the ignition coil generates a spark at the spark plug under normal operating conditions triggers.
  • FIG. 1 shows the basic structure of an ignition system
  • Figure 2 schematically Charging processes of the individual ignitions of a secondary spark ignition over the corresponding time range or the range of the crankshaft angle in which the secondary spark ignition takes place
  • FIG. 3 schematically shows the charging processes of the individual ignitions with different supply voltages.
  • FIG. 1 shows the basic structure of an ignition system of an internal combustion engine, not shown.
  • a control unit for example a microprocessor, detects various operating parameters of the internal combustion engine, such as, for example, speed n, pressure p, supply voltage U B , temperature T, etc., as input variables 2 in order to determine the ignition timing ZZP on this basis.
  • the ignition transistor 4 is controlled via a connection 3 of the control unit 1 to switch the current flow in the ignition coil 5 on and off.
  • the ignition transistor 4 is connected on the collector side via a series connection to the primary winding 6 with the supply voltage U B.
  • the ignition transistor 4 is connected to ground via a current shunt 7. Between the emitter of the ignition transistor and the current shunt 7 there is a tap 8, from which a voltage proportional to the primary current I p is detected via a connection 9 in the control unit 1 during the control of the control transistor 4.
  • FIG. 2 shows the time course of the primary current I p during the individual ignitions EZ of a secondary spark ignition FFZ over the range of the crankshaft angle in which the secondary spark ignition is triggered.
  • the course of the primary current can also be viewed over time t, for example in relation to top dead center OT.
  • the first unit EZ1 is triggered by the control unit. It is possible by recording the Primary current I P in the control unit to trigger the ignition only when a predeterminable maximum value I max is reached . This ensures that the energy stored in the ignition coil is sufficient for an ignition spark under normal operating conditions.
  • the ignition spark burns until the ignition coil current for the second individual ignition EZ2 is switched on again. This process is repeated four times in the exemplary embodiment, so that the secondary spark ignition FFZ is composed of four individual ignitions EZ1 to EZ4.
  • the distributability limit VG is entered on the crankshaft angle or time axis, at which point the secondary spark ignition FFZ is interrupted in any case in order to prevent the ignition system from being destroyed.
  • the distributability limit VG in the exemplary embodiment is 18 ° crankshaft angle after top dead center OT.
  • the dashed line 10 symbolizes the charging process AL of the last individual spark ignition, as has been carried out up to now. It can be clearly seen here that the charging process AL is not sufficient to achieve a predetermined value of the primary current I max , so that an ignition spark arises under normal operating conditions.
  • the charging process of a single ignition depends, for example, on the parameters of the ignition coil and the current operating conditions.
  • the charging process for the first individual ignition is approx.
  • the charging process of the first individual ignition EZ1 of a subsequent spark ignition FFZ is longer than the charging process AL of the subsequent individual ignitions. This fact is due to the fact that, under normal conditions, no residual energy is present in the ignition coil during the charging process of the first single ignition EZ1, while in the subsequent individual ignitions the ignition spark does not completely burn out when the ignition coil is switched on again, and so residual energy is still stored in the ignition coil .
  • a further limit value 11 is introduced, which is determined by subtracting a charging process AL from the distributability limit VG.
  • a charging process on the coil which has already been initiated at this point 11 is still being completed and is still being ignited.
  • the additional limit 11 falls with the open time, which e.g. 15, ⁇ s is, together, no charging, so no single ignition EZ, is started.
  • the last single ignition EZ of a subsequent spark ignition FFZ is carried out with the maximum possible spark energy - in the example shown in FIG. 2, this is the single ignition EZ4.
  • the increase in the primary current I P and thus the energy stored in the ignition coil is dependent on the parameters of the ignition coil and also on the supply voltage U B. Therefore it makes sense to take the supply voltage U B into account when determining the duration of the charging process AL.
  • Figures 3a, 3b and 3c show the course of the primary current I P for individual ignitions EZ as a function of the supply voltage U B , in Figure 3a the primary current course with a high supply voltage U B (large), in Figure 3b with a medium supply voltage U B (medium) and Figure 3c is shown with a small supply voltage U B (small).
  • the increase in primary current Ip with the same supply voltage U B is the same for all charging processes AL with this supply voltage.
  • FIG. 3a shows the course of the primary current of three individual ignitions. It can be seen that in the individual ignitions of FIG. 3a, that is to say with a large supply voltage U B (large), a predeterminable maximum value of the primary current I max has already been reached in a shorter time t than the predetermined (AL) than in the individual ignitions of FIG. 3b, while the maximum value I max of the primary current I p when the supply voltage U B (small) is too low - as can be seen in FIG Charging time Al is not reached at all.
  • the third individual ignition in FIG. 3a shows a shortened charging process.
  • control device 1 detects the supply voltage in each case and calculates a correspondingly adapted charging time for the individual ignition.

Abstract

Es wird eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit Folgefunkenzündung (FFZ) vorgeschlagen, die dazu dient, daß der letzte Einzelfunke (EZ) einer Folgefunkenzündung nicht zu einer Beschädigung der Brennkraftmaschine, beispielsweise durch Zündung im Auslaßtakt führt. Dazu wird von einer Verteilbarkeitsgrenze (VG) (Ende eines FFZ-Intervalls) die zu einem Aufladevorgang (AL) für eine Einzelzündung gehörende Schließzeit abgezogen, und bei Erreichen dieser berechneten Grenze (11) der momentane Aufladevorgang noch zu Ende geführt und die Auslösung der Einzelzündung ausgelöst, aber kein neuer Aufladevorgang begonnen.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung der Zündanlage für Brennkraftmaschinen, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen zur Erzeugung von Folgefunkenzündungen aus der DE-A- 23 40 865 bekannt. Eine Folgefunkenzündung ist eine Zündung zum vom Steuergerät berechneten Sollzündzeitpunkt, deren Funken man jedoch nicht ganz ausbrennen läßt. Vielmehr wird die Spule unter Ausnutzung der Restenergie neu aufgeladen und zündet nochmals. Diesen Vorgang wiederholt man solange, bis die Verteilbarkeitsgrenze erreicht ist. Die Verteilbarkeitsgrenze ist der Kurbelwellenwinkel, den der Zündzeitpunkt der letzten Zündung eine Folgefunkenzündung nicht überschreiten darf, da sonst die Gefahr besteht, daß der Zündfunken bei ruhender Hochspannungsverteilung in den Auslaßtakt fällt oder daß die zur Verfügung stehende Hochspannung bei rotierender Hochspannungsverteilung an die Zündkerze des nächsten Zylinders gegeben wird. In beiden Fällen würde dieses das Fahrverhalten der Brennkraftmaschine negativ beeinträchtigen. Deshalb wurde bisher der Aufladevorgang der letzten Einzelzündung einer Fclgefunkenzündung bei Erreichen der Verteilbarkeitsgrenze unterbrochen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß zusätzlich zur Verteilbarkeitsgrenze ein weiterer Kurbelwellenwinkel eingeführt wird, welcher sich durch eine Subtraktion des zu einem Aufladevorgang einer Einzelzündung gehörenden Schließwinkel von dem Winkel der Verteilbarkeitsgrenze ergibt. Damit ist sichergestellt, daß der Aufladevorgang der letzten Einzelzündung der Folgefunkenzündung auf jeden Fall zu Ende geführt werden kann, so daß die gespeicherte Energie ausreichend für das Auslösen eines Zündfunkens ist. Das Auslösen eines Aufladevorganges, der dann beim Erreichen der Verteilbarkeitsgrenze unterbrochen werden würde, unabhängig davon, wie voll die Spule geladen ist, wird nunmehr vermieden. Das bedeutet, daß keine unnötigen Energieverluste auftreten. Gleichzeitig wird sichergestellt, indem der Primärstrom in der Zündspule erfaßt wird, daß ein Abschalten des Primärstromes nur erfolgt, wenn die gespeicherte Energie ausreicht, um bei normalen Bedingungen einen Zündfunke auszulösen. Das Steuergerät der Brennkraftmaschine kann weiterhin durch Erfassung der Versorgungsspannung die Schließzeit jeder Einzelzündung der Folgefunkenzündung entsprechend den Bedingungen der Brennkraftmaschine anpassen, so daß auch hier ein Abschalten des Primärstromes erst durchgeführt wird, wenn die in der Zündspule gespeicherte Energie unter normalen Betriebsbedingungen einen Zündfunken an der Zündkerze auslöst.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den Prinzipaufbau einer Zündanlage, Figur 2 schematisch die Aufladevorgänge der einzelnen Zündungen einer Folgefunkenzündung über den entsprechenden Zeitbereich bzw. den Bereich des Kurbelwellenwinkels, in welchem die Folgefunkenzündung stattfindet und Figur 3 schematisch die Aufladevorgänge der Einzelzündungen bei unterschiedlicher Versorgungsspannung.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Figur 1 zeigt den Prinzipaufbau einer Zündanlage einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Hierbei erfaßt ein Steuergerät 1 beispielsweise ein Mikroprozessor verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wie beispielsweise Drehzahl n, Druck p, Versorgungsspannung UB, Temperatur T usw. als Eingangsgrößen 2, um auf dieser Grundlage den Zündzeitpunkt ZZP zu bestimmen. Über eine Verbindung 3 des Steuergerätes 1 wird der Zündtransistor 4 zum Ein- und Ausschalten des Stromflusses in der Zündspule 5 angesteuert. Der Zündtransistor 4 ist kollektorseitig über eine Reihenschaltung mit der Primärwicklung 6 mit der Versorgungsspannung UB verbunden. Emitterseitig ist der Zündtransistor 4 über einen Stromshunt 7 mit Masse verbunden. Zwischen dem Emitter des Zündtransistors und dem Stromshunt 7 ist ein Abgriff 8, von welchem über eine Verbindung 9 im Steuergerät 1 eine dem Primärstrom Ip proportionale Spannung während der Ansteuerung des Steuertransistors 4 erfaßt wird.
  • Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Primärstromes Ip während der Einzelzündungen EZ einer Folgefunkenzündung FFZ über den Bereich des Kurbelwellenwinkels, in welchem die Folgefunkenzündung ausgelöst wird. Analog dazu kann man den Verlauf des Primärstromes auch über die Zeit t beispielsweise bezogen auf den oberen Totpunkt OT betrachten. Nach Erreichen des Zündzeitpunktes ZZP beispielsweise 10° Kurbelwellenwinkel vor OT wird vom Steuergerät die erste Einzelzündung EZ1 ausgelöst. Dabei ist es möglich, durch die Erfassung des Primärstromes IP im Steuergerät die Zündung erst bei Erreichen eines vorgebbaren Maximalwertes Imax auszulösen. Damit ist sichergestellt, daß die in der Zündspule gespeicherte Energie unter normalen Betriebsbedingungen für einen Zündfunken ausreichend ist. Nach der Unterbrechung des Aufladevorganges AL der ersten Einzelzündung EZ1 brennt der Zündfunke bis zum Wiedereinschalten des Zündspulenstromes für die zweite Einzelzündung EZ2. Dieser Vorgang wird im Ausführungsbeispiel vier mal wiederholt, so daß sich die Folgefunkenzündung FFZ aus vier Einzelzündungen EZ1 bis EZ4 zusammensetzt.
  • Auf der Kurbelwellenwinkel- bzw. Zeitachse ist die Verteilbarkeitsgrenze VG eingetragen, zu welchem die Folgefunkenzündung FFZ auf jedem Fall unterbrochen wird, um eine Zerstörung der Zündanlage zu verhindern. Die Verteilbarkeitsgrenze VG liegt im Ausführungsbeispiel bei 18° Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt OT. Die gestrichelte Linie 10 symbolisiert den Aufladevorgang AL der letzten Einzelfunkenzündung, wie er bisher durchgeführt wurde. Hierbei ist klar zu erkennen, daß der Aufladevorgang AL nicht ausreicht, um einen vorgegebenen Wert des Primärstromes Imax zu erreichen, so daß ein Zündfunke unter normalen Betriebsbedingungen entsteht. Der Aufladevorgang einer Einzelzündung ist beispielsweise abhängig von den Parametern der Zündspule bzw. den momentanen Betriebsbedingungen. Der Aufladevorgang der ersten Einzelzündung beträgt hier ca. 5 ms und der Aufladevorgang der darauffolgenden Einzelzündungen AL1 beträgt 2 ms. Der Aufladevorgang der ersten Einzelzündung EZ1 einer Folgefunkenzündung FFZ ist länger als der Aufladevorgang AL der darauffolgenden Einzelzündungen. Diese Tatsache ist dadurch bedingt, daß beim Aufladevorgang der ersten Einzelzündung EZ1 unter normalen Bedingungen keine Restenergie in der Zündspule vorhanden ist, während bei den darauffolgenden Einzelzündungen der Zündfunke durch das Wiedereinschalten der Zündspule der Zündfunke nicht ganz ausbrennt und so noch Restenergie in der Zündspule gespeichert ist.
  • Deshalb wird zusätzlich zur Verteilbarkeitsgrenze VG ein weiterer Grenzwert 11 eingeführt, welcher durch eine Subtraktion eines Aufladevorganges AL von der Verteilbarkeitsgrenze VG bestimmt wird. Ein an dieser Stelle 11 bereits eingeleiteter Aufladevorgang an der Spule wird noch zu Ende gebracht und es wird noch gezündet. Ist aber noch keine Aufladung begonnen worden, d.h., fällt die zusätzliche Grenze 11 mit der Offenzeit, die z.B. 15, µs beträgt, zusammen, wird keine Aufladung, also keine Einzelzündung EZ, mehr gestartet. Daraus ergibt sich, daß auch die letzte Einzelzündung EZ einer Folgefunkenzündung FFZ mit der maximal möglichen Funkenenergie ausgeführt wird - im Beispielsfall nach Figur 2 ist das die Einzelzündung EZ4.
  • Der Anstieg des Primärstroms IP und damit die in der Zündspule gespeicherte Energie ist abhängig von den Parametern der Zündspule und auch von der Versorgungsspannung UB. Deshalb ist es sinnvoll die Versorgungsspannung UB bei der Bestimmung der Dauer des Aufladevorgangs AL mit zu berücksichtigen.
  • Figur 3a, 3b und 3c zeigen den Verlauf des Primärstromes IP für Einzelzündungen EZ in Abhängigkeit der Versorgungsspannung UB, wobei in Figur 3a der Primärstromverlauf bei hoher Versorgungsspannung UB (large), in Figur 3b bei mittlerer Versorgungsspannung UB (medium) und Figur 3c bei kleiner Versorgungsspannung UB (small) dargestellt ist. Der Anstieg des Primärstroms Ip bei gleicher Versorgungsspannung UB ist für alle Aufladevorgänge AL mit dieser Versorgungsspannung gleich.
  • Jede der Figuren 3a bis 3c zeigt den Verlauf des Primärstroms von jeweils drei Einzelzündungen. Dabei ist zu erkennen, daß bei den Einzelzündungen der Figur 3a, also bei großer Versorgungsspannung UB (large), ein vorgebbarer Maximalwert des Primärstromes Imax bereits in einer kürzeren Zeit t als vorgegeben (AL) erreicht ist, als bei den Einzelzündungen der Figur 3b, während der Maximalwert Imax des Primärstromes Ip bei zu niedriger Versorgungsspannung UB (small) - wie in Figur 3c erkennbar - bei fest vorgegebener Aufladezeit Al gar nicht erreicht wird. Die zweite Einzelzündung der Figur 3a zeigt, daß der Primärstrom Ip bereits vor dem Ende des Aufladevorgangs AL den Maximalwert Imax für eine Zündung unter normalen Betriebsbedingungen erreicht hat. Um unnötige Verluste zu vermeiden, könnte vom Steuergerät bereits eine Unterbrechung des Aufladevorgangs bei Erreichen des Maximalwertes Imax also bei Ip = Imax ausgelöst werden. So zeigt beispielsweise die dritte Einzelzündung der Figur 3a einen verkürzten Aufladevorgang.
  • Um die vorgenannten Unzulänglichkeiten auszuschließen, wird vom Steuergerät 1 jeweils die Versorgungsspannung erfaßt und eine entsprechend angepaßte Aufladezeit für die Einzelzündung berechnet.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steuerung der Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Steuergerät zum Steuern des Stromflusses in mindestens einer zöndapule, wobei der Kurbelwellenwinkel und der Primärstrom in der Zündspule erfaßt werden, wobei zum Zündzeitpunkt durch mehrmaliges aufeinanderfolgendes Ein- und Ausschalten des Primärstroms mittels einer Zündendstufe mehrere Einzelzündungen einer Folgefunkenzündung ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelzündungen (EZ) einer jeden Folgenfunkenzündung (FFZ) nur bis zu einer vorgegebenen Verteilbarkeitsgrenze (VG) des Kurbelwellenwinkels ausgelöst werden und daß der Beginn des Aufladevorgangs (AL) der letzten Binzelzündung vor dem Erreichen eines Grenswertes (11, VG-AL) liegt, welcher durch eine Subtraktion eines Aufladevorganges (AL) von der Verteilbarkeitsgrenze (VG) bestimmt wird (vgl. Fig. 2) .
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilbarkeitsgrenze (VG) der Punkt des Kurbelwellenwinkels ist, ab welchem der Zündfunke bei rotierender Verteilung in dem gemäß der Zündfolge darauffolgenden Zylinder bzw. bei ruhender Verteilung im Ausstoßtakt dieses Zylinders auftreten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufladevorgang (AL) jeder Einzelzündung (EZ) erst bei Erreichen eines vorgebbaren Referenzwertes (Imax) des Primärstroms (Ip) unterbrochen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufladevorgang (AL) für eine Einzelzündung (EZ) vom Steuergerät in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung (UB) festgelegt wird, wobei der Aufladevorgang bei kleinerer Versorgungsspannung größer und bei großer Versorgungsspannung kleiner wird.
EP93915652A 1992-08-08 1993-07-22 Folgefunkenzündanlage für brennkraftmaschinen mit spezieller regelung für den letzten folgezündfunken Expired - Lifetime EP0607383B1 (de)

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DE4226246A DE4226246A1 (de) 1992-08-08 1992-08-08 Zündanlage für Brennkraftmaschinen
PCT/DE1993/000646 WO1994003724A1 (de) 1992-08-08 1993-07-22 Folgefunkenzündanlage für brennkraftmaschinen mit spezieller regelung für den letzten folgezündfunken

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EP0607383A1 EP0607383A1 (de) 1994-07-27
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EP (1) EP0607383B1 (de)
JP (1) JP3194955B2 (de)
DE (2) DE4226246A1 (de)
ES (1) ES2082654T3 (de)
WO (1) WO1994003724A1 (de)

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