EP0632199B1 - Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule - Google Patents

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EP0632199B1
EP0632199B1 EP94110260A EP94110260A EP0632199B1 EP 0632199 B1 EP0632199 B1 EP 0632199B1 EP 94110260 A EP94110260 A EP 94110260A EP 94110260 A EP94110260 A EP 94110260A EP 0632199 B1 EP0632199 B1 EP 0632199B1
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ignition
current
pulse
coil
additional control
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EP0632199A3 (de
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Martin Simeth
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Mercedes Benz Group AG
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DaimlerChrysler AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00Electric 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
    • F02P15/12Electric 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 means for strengthening spark during starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00Other installations
    • F02P3/02Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04Layout of circuits
    • F02P3/045Layout of circuits for control of the dwell or anti dwell time
    • F02P3/0453Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F02P3/0456Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an ignition coil the preamble of claim 1 and a circuit for performing the Procedure.
  • Electronic ignition systems generally consist of a control unit, an ignition output stage and the ignition coil with spark plug.
  • the control unit transmits to the ignition output stage whether they are loading or igniting the ignition coil should.
  • the ignition output stage loads the ignition coil up to a predetermined one Ignition current and keeps it constant until the ignition request, then discharges the ignition coil over the spark plug.
  • ignition current and burning time are very large chosen. Because such a large ignition energy is not when the engine is warmed up is necessary, the life of spark plugs is reduced.
  • a generic method is known from DE-A-28 10 665. There is an additional impulse sent the actual ignition pulse ahead and combined with it and extended the actual ignition pulse in a corresponding manner.
  • the disadvantage of the method is in that the current through the ignition coil cannot be deliberately limited.
  • the invention is based on the object of a method for actuation to design an ignition coil according to the preamble of claim 1 so that the control signals safely without additional effort on cables are transmitted and the ignition energy in accordance with the control signal is adjustable.
  • the invention which works with purely digital levels, uses the The fact that the signals relating to the normal ignition sequence (load and ignite), not fall below certain time ranges. So z. B. the minimal loading time for ignition coils at high engine speeds around 3 ms.
  • the Loading time of the ignition coil by a control signal in the control unit further impulse added.
  • Extra signal E which transmit the information "increase ignition current" should.
  • the ignition stage can register this pulse and at Provide the appropriate ignition energy.
  • the "Ignition" function suppresses the falling edge of pulse E because E with a duration of approx. 0.1 ms by itself no ignition request represents.
  • a larger ignition energy such as it is required, for example, for a cold start, in the form of a Ignition current increase provided.
  • Fig. 2 are three firing cycles with their control signals N1, N2, E and N3 shown.
  • the first two control signals N1 and N2 request one normal ignition current on, the ignition current should increase in the third cycle become.
  • An ignition current increase is communicated to the ignition output stage 2 by the Control signal St is analyzed at the beginning of the loading process (Fig. 2, third cycle).
  • the ignition output stage then limits the for one cycle Ignition current only from a higher threshold, the higher Ignition current. From this maximum, the coil current is limited.
  • Fig. 5 shows the current through the ignition coil. With the beginning of each cycle increases the current continues until the desired ignition current is reached. The The ignition output stage then keeps the current constant until the ignition occurs.
  • Fig. 6 shows one way in which the two signals from the Let control signal St win.
  • the Monoflop 5 covers together with the OR circuit 6 the pulse E and thus forms the signal SL "coil load ". If an impulse E im occurs within the 0.7 ms of the monoflop Control signal St on (AND circuit 7), the flip-flop 8 for the Charging time set and indicates at its output that the ignition current should be increased. The flip-flop 8 is reset after the ignition ("Load coil” becomes "low”).
  • the power transistor TR which drives the ignition coil 3 is implemented in this case as a “sense FET”.
  • a small sensor current proportional to the ignition coil current can be tapped at its additional output.
  • This sensor current is compared via the resistors R1 and OP1 with a reference current I ref in order to recognize whether the ignition current has already been reached.
  • the reference current "I ref small” (I ref1 ) or "I ref large” (I ref1 + I ref2 ) can be switched via a semiconductor switch S1 .
  • S1 is driven by the flip-flop in FIG. 6. When the switch is closed, the ignition current is increased.
  • R2, C and OP2 form an inverting integrator.
  • the Output voltage from OP2 is slowly lowered or increased, depending after the comparator OP1 exceeds or falls below the desired ignition current. If the ignition coil is to be loaded, switch S2 is in the position shown: the output of the Integrators OP2 is connected to the Power transistor switched.
  • the input of the voltage follower is switched on via switch S2 pulled to ground (the OR gate of Fig. 6 controls the Semiconductor switch S2).
  • the power transistor then interrupts the primary-side ignition coil current and on the secondary side of the ignition coil a spark is triggered in the spark plug.
  • control unit 1 variable advance of the additional control pulse E compared to the normal ignition pulse N3 generated and from the ignition output stage 2 Control signal St recovered and decoded. For example, by a clock generator the time interval between the two signals E, N3 measured that the pulses generated by it on a gate circuit get a counter.
  • the counter content is then proportional to the increase in the coil current St.
  • the signal "increase ignition current” ZE then does not consist of a single one Impulse, but from one of the sequence of the gate circuit passed counts.
  • this signal can also be used a proportional time signal can be obtained, which ultimately the duration of the spark plug according to the required ignition energy is controlled. This is done by short-circuiting the primary side of the Ignition coil 3, the energy stored in the ignition coil via a Free-wheeling diode is dissipated in a resistor.
  • the normal ignition pulse can have the burning time and / or the maximum Size of the ignition current also depends on the width of the additional Control pulse E can be determined. Determining the width of the transmitted pulse happens again in the ignition output stage analog to the procedure described above. So it is also thought of when increased Ignition energy the burning time of the candle with the maximum size of the Increase ignition current together.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.
Elektronische Zündsysteme bestehen im allgemeinen aus einem Steuergerät, einer Zündendstufe und der Zündspule mit Zündkerze. Das Steuergerät übermittelt der Zündendstufe, ob sie die Zündspule beladen oder zünden soll. Die Zündendstufe belädt die Zündspule bis zu einem vorgegebenen Zündstrom und hält ihn bis zur Zündanforderung konstant, danach entlädt sich die Zündspule über die Zündkerze. Zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens sind Zündstrom und Brenndauer (Zündenergie) sehr groß gewählt. Da eine so große Zündenergie beim warmgelaufenen Motor nicht notwendig ist, verringert sich die Lebensdauer von Zündkerzen.
Zur Verlängerung der Lebensdauer von Zündkerzen ist es notwendig, die Zündenergie steuern zu können. Dies kann z. B. durch einen variablen Zündstrom, oder definiertes "Löschen" des Zündfunkens geschehen. Ein Verfahren zum Beeinflussen der Brenndauer ist aus der DE 40 38 440 A1 bekannt. Die Ansteuerung der für einen variablen Zündstrom benötigten Zündendstufe erfolgt üblicherweise über eine Spannungskodierung des Steuersignals. Die Spannungskodierung hat den Nachteil, daß die Information bei einem Spannungsabfall zwischen Steuergerät und Zündendstufe falsch ausgewertet wird. Außerdem muß das Steuergerät aufwendiger (mit analogem Ausgang) aufgebaut werden.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus DE-A-28 10 665 bekannt. Dort wird ein Zusatzimpuls dem eigentlichen Zündimpuls vorausgeschickt und mit diesem zusammengefaßt und verlängert in entsprechender Weise den eigentlichen Zündimpuls. Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, daß der Strom durch die Zündspule nicht gezielt begrenzbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, daß die Ansteuersignale ohne zusätzlichen Aufwand an Leitungen sicher übertragen werden und die Zündenergie nach Maßgabe des Steuersignals einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstands des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben. Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 6 und 7 angegehen.
Die Erfindung, die mit rein digitalen Pegeln funktioniert, nutzt die Tatsache, daß die Signale, die den normalen Zündablauf betreffen (laden und zünden), bestimmte Zeitbereiche nicht unterschreiten. So liegt z. B. die minimale Beladezeit für Zündspulen bei hohen Drehzahlen bei ca. 3 ms.
Um eine größere Zündenergie anzufordern, wird gleich zu Beginn der Beladezeit der Zündspule das Steuersignal im Steuergerät durch einen weiteren Impuls ergänzt. Es entsteht außer dem Normsignal N ein kurzes Extrasignal E, welches die Information "Zündstrom erhöhen" übermitteln soll. Die Zündendstufe kann diesen Impuls registrieren und bei Vorhandensein die entsprechende Zündenergie bereitstellen. Für die Funktion "Zünden" wird die fallende Flanke des Impulses E unterdrückt, da E mit einer Dauer von ca. 0,1 ms für sich allein keine Zündanforderung darstellt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1
das Steuergerät mit Zündendstufe, Zündspule und Zündkerze;
Fig. 2
drei Zündzyklen mit zugehörigen Steuersignalen;
Fig. 3
die Signale für die Beladung der Spule;
Fig. 4
das Signal für die Erhöhung des Zündstroms;
Fig. 5
den Stromverlauf in der Zündspule;
Fig. 6
die Erzeugung der Signale "Spule beladen" und "Zündstrom erhöhen" und
Fig. 7
das Schaltbild Ansteuerung der Zündspule.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine größere Zündenergie, wie sie beispielsweise für den Kaltstart benötigt wird, in Form einer Zündstromerhöhung bereitgestellt.
In Fig. 2 sind drei Zündzyklen mit ihren Steuersignalen N1, N2, E und N3 dargestellt. Die ersten beiden Steuersignale N1 und N2 fordern einen normalen Zündstrom an, im dritten Zyklus soll der Zündstrom erhöht werden.
Eine Zündstromerhöhung wird der Zündendstufe 2 mitgeteilt, indem das Steuersignal St zu Beginn des Beladevorgangs analysiert wird (Fig. 2, dritter Zyklus). Die Zündendstufe begrenzt darauf für einen Zyklus den Zündstrom erst ab einer höher liegenden Schwelle, dem erhöhten Zündstrom. Ab diesem Maximum wird der Spulenstrom begrenzt.
Aus dem Steuersignal St werden in der Zündendstufe 2 zwei Signale generiert:
  • a) Zum Beladen und Zünden der Spule wird der Austastimpuls herausgefiltert, so daß sich die Form eines konventionellen Steuersignals N3' ergibt (Fig. 3).
  • b) Hat das Steuergerät 1 die Forderung E nach einer Zündstromerhöhung abgesandt, kann die Zündendstufe 2 dies an dem kurzen Impuls E im Steuersignal (s. Fig. 2) erkennen. In diesem Fall wird das Signal ZE "Zündstrom erhöhen" generiert (Fig. 4).
  • Fig. 5 zeigt den Strom durch die Zündspule. Mit Beginn jedes Zyklus steigt der Strom an, bis der gewünschte Zündstrom erreicht ist. Die Zündendstufe hält dann den Strom konstant, bis die Zündung erfolgt.
    Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit, wie sich die beiden Signale aus dem Steuersignal St gewinnen lassen. Das Monoflop 5 überdeckt zusammen mit der Oder-Schaltung 6 den Impuls E und bildet somit das Signal SL "Spule beladen". Tritt innerhalb der 0,7 ms des Monoflops ein Impuls E im Steuersignal St auf (Und-Schaltung 7), wird das Flip-Flop 8 für die Ladezeit gesetzt und zeigt an seinem Ausgang an, daß der Zündstrom erhöht werden soll. Rückgesetzt wird das Flipflop 8 nach der Zündung ("Spule beladen" wird "low").
    Fig. 7 zeigt eine mögliche Realisierung der Zündspulenansteuerung in Abhängigkeit vom Steuersignal. Der Leistungstransistor TR, der die Zündspule 3 ansteuert, ist in diesem Fall als "Sense-FET" realisiert. Dadurch kann an seinem zusätzlichen Ausgang ein dem Zündspulenstrom proportionaler kleiner Sensorstrom abgegriffen werden. Dieser Sensorstrom wird über die Widerstände R1 und OP1 mit einem Referenzstrom Iref verglichen, um zu erkennen, ob der Zündstrom bereits erreicht ist. Über einen Halbleiterschalter S1 kann der Referenzstrom "Iref klein" (Iref1) oder "Iref groß" (Iref1 + Iref2) geschaltet werden. S1 wird von dem Flip-Flop in Fig. 6 angesteuert. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird der Zündstrom erhöht.
    R2, C und OP2 bilden einen invertierenden Integrator. Die Ausgangsspannung von OP2 wird langsam erniedrigt oder erhöht, je nachdem der Komparator OP1 ein über- oder Unterschreiten des gewünschten Zündstroms anzeigt. Soll die Zündspule beladen werden, befindet sich der Schalter S2 in der gezeigten Position: Der Ausgang des Integrators OP2 wird über den Spannungsfolger OP3 auf den Leistungstransistor geschaltet.
    Zum Zünden wird der Eingang des Spannungsfolgers über den Schalter S2 auf Masse gezogen (das Oder-Gatter aus Fig. 6 steuert den Halbleiterschalter S2). Der Leistungstransistor unterbricht daraufhin den primärseitigen Zündspulenstrom und auf der Sekundärseite der Zündspule wird in der Zündkerze ein Funke ausgelöst.
    Das bisherige Beispiel bezog sich auf eine einstufige diskrete Erhöhung der Zündenergie durch eine Erhöhung des Spulenstroms um einen konstanten Betrag. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der maximale Spulenstrom und damit die Zündenergie je nach Anforderung durch die Belastung und Temperatur des Motors auch in mehreren kleineren Stufen gesteuert werden. Dazu wird im Steuergerät 1 beispielsweise ein variables Voreilen des zusätzlichen Steuerimpulses E gegenüber dem normalen Zündimpuls N3 erzeugt und von der Zündendstufe 2 aus dem Steuersignal St zurückgewonnen und decodiert. Beispielsweise wird durch einen Taktgeber der zeitliche Abstand der beiden Signale E, N3 dadurch gemessen, daß die von ihm erzeugten Impulse über eine Torschaltung auf einen Zähler gelangen.
    Der Zählerinhalt ist dann proportional zur Erhöhung des Spulenstroms St. Das Signal "Zündstrom erhöhen" ZE besteht dann nicht aus einem einzigen Impuls, sondern aus einer der Folge der von der Torschaltung durchgelassenen Zählimpulse.
    In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann aus diesem Signal auch ein dazu proportionales Zeitsignal gewonnen werden, wodurch schließlich die Brenndauer der Zündkerze entsprechend der benötigten Zündenergie gesteuert wird. Dies geschieht durch Kurzschließen der Primärseite der Zündspule 3, wobei die in der Zündspule gespeicherte Energie über eine Freilaufdiode in einem Widerstand dissipiert wird.
    Außer durch die Voreilzeit des zusätzlichen Steuerimpulses E gegenüber dem normalen Zündimpuls kann die Brenndauer und/oder die maximale Größe des Zündstroms auch durch die Breite des zusätzlichen Steuerimpulses E bestimmt werden. Die Bestimmung der Breite des übermittelten Impulses geschieht in der Zündendstufe wieder analog zu dem oben behandelten Vorgehen. Es ist also auch daran gedacht, bei erhöhter Zündenergie die Brenndauer der Kerze mit der maximalen Größe des Zündstroms gemeinsam zu steigern.

    Claims (7)

    1. Verfahren zur Änderung der Zündenergie einer Zündspule mit einer angeschlossenen Stromüberwachung, bei dem Zündimpulse von einem Steuergerät zur einer Zündendstufe übertragen werden,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß zwischen zwei von einem Steuergerät erzeugte Zündimpulse ein zusätzlicher Steuerimpuls (E) eingefügt wird, und daß abhängig von diesem zusätzlichen Steuerimpuls (E) ein Zündstrombegrenzer auf einen vorgegebenen erhöhten Wert des Zündstroms für die Zündspule umgeschaltet wird oder die Brenndauer der Zündkerze beeinflußt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Zündendstufe (2) den zusätzlichen Steuerimpuls (E) und den zugehörigen Zündimpuls (N3) zu einem einheitlichen Impuls (N3') umformt.
    3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die maximale Größe des Zündstroms und/oder die Brenndauer durch die Voreilzeit der ansteigenden Flanke des zusätzlichen Steuerimpulses (E) gegenüber dem normalen Zündimpuls (N3) bestimmt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Brenndauer und/oder die Größe des Zündstroms durch die Breite des zusätzlichen Steuerimpulses (E) bestimmt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß aufgrund der Kürze des zusätzlichen Steuerimpulses (E) mit dem Impuls eines Monoflops (5) festgestellt wird, daß der kein normaler Zündimpuls ist, und infolgedessen kein Zündvorgang ausgelöst wird.
    6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß ein Steuergerät (1), welches Motorkennziffern wie Temperatur und Winkellage der Kurbelwelle als Eingangsgröße erhält, ein davon abgeleitetes, zusätzliches Steuersignal (E) Zurischen zwei Zündimpulse eingefügt und auf eine Zündendstufe (2) gibt, dessen ansteigende Flanke ein Monoflop (5) anstößt, dessen Impuls zusammen mit dem Steuersignal sowohl auf ein UND-Glied (7) als auch auf ein ODER-Glied (6) gegeben wird, dessen Ausgang als Signal zum Beladen der Spule dient und zum Rücksetzen eines Flipflops (8), welches durch das UND-Glied (7) gesetzt, das Signal zum Erhöhen des Zündstroms gibt.
    7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß das Signal "Zündstrom erhöhen" mittels eines Schalters (S1) zur Erhöhung der Eingangsspannung eines ersten Operationsverstärkers (OP1) dient, welcher über einen weiteren Operationsverstärker (OP2), welcher als Integrator geschaltet ist, den Zündstrom in der Zündspule (3) dadurch erhöht, daß über einen Spannungsfolger und einen Leistungstransistor (TR) der Strom in der Primärwicklung der Zündspule (3) ansteigt, und daß der Ausgang der ODER-Stufe (6) "Spule beladen" an einen Halbleiterschalter (S2) am Eingang des dritten Operationsverstärkers (OP3) so lange geschlossen ist, so lange die Zündspule (3) zu laden ist.
    EP94110260A 1993-07-02 1994-07-01 Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule Expired - Lifetime EP0632199B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE4322014 1993-07-02
    DE4322014A DE4322014C2 (de) 1993-07-02 1993-07-02 Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule einer Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP0632199A2 EP0632199A2 (de) 1995-01-04
    EP0632199A3 EP0632199A3 (de) 1995-07-19
    EP0632199B1 true EP0632199B1 (de) 2000-02-02

    Family

    ID=6491769

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP94110260A Expired - Lifetime EP0632199B1 (de) 1993-07-02 1994-07-01 Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule

    Country Status (2)

    Country Link
    EP (1) EP0632199B1 (de)
    DE (2) DE4322014C2 (de)

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    EP0632199A3 (de) 1995-07-19
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