EP0747595B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Zündungserkennung - Google Patents

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EP0747595B1
EP0747595B1 EP96106063A EP96106063A EP0747595B1 EP 0747595 B1 EP0747595 B1 EP 0747595B1 EP 96106063 A EP96106063 A EP 96106063A EP 96106063 A EP96106063 A EP 96106063A EP 0747595 B1 EP0747595 B1 EP 0747595B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ignition
spark
voltage
pulse
recorded
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96106063A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0747595A3 (de
EP0747595A2 (de
Inventor
Ekkehard Kollmann
Udo Mai
Roman Schichl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vogt Electronic AG
Original Assignee
Vogt Electronic AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Vogt Electronic AG filed Critical Vogt Electronic AG
Publication of EP0747595A2 publication Critical patent/EP0747595A2/de
Publication of EP0747595A3 publication Critical patent/EP0747595A3/de
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Publication of EP0747595B1 publication Critical patent/EP0747595B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • 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
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for ignition detection according to the preamble of claim 1.
  • Process for generating two ignition pulses within one work cycle for ignition or misfire detection are, for example in DE 42 18 803 A1, EP 0 546 827 A2 and US 53 88 560 described. While in DE 42 18 803 A1 the amplitude of the the second ignition spark voltage needle pulse is evaluated, a time analysis is carried out in US 53 88 560 the drop in the measured spark voltage after the second ignition. In EP 0 546 827 A2 a corresponding analysis of the Fall of the resulting ion current carried out.
  • the angular velocity the crankshaft measured when combustion occurred is higher than if there was no combustion.
  • additional mechanical sensors are required for this, which must be extremely sensitive in order to be proportionate to be able to detect small differences in speed.
  • Such Sensors are also complex and expensive.
  • an ignition detection is known, in which within one working cycle of the internal combustion engine two ignition sparks generated and the ignition voltage of the second spark is compared with a predetermined threshold. A ignition of the fuel mixture is detected, that the ignition voltage is below this threshold lies. However, if the ignition voltage is above this threshold, this is a criterion for non-ignition of the fuel mixture.
  • the problem with this method is that only the ignition voltage of the second spark is measured. This makes no distinction be whether reducing the ignition voltage alone by the ionization of the first spark or really by one there was ignition within the combustion chamber. Moreover can not be determined with this procedure whether a Ignition did not occur because no suitable ignition spark was generated or because there is no fuel mixture for the ignition was available in the combustion chamber.
  • the measured ignition voltage is also external Factors such as B. voltage drop at the distributor and Electrode erosion, depending. Such factors can change in the course of time slowly or z. B. when replacing the spark plugs suddenly change. If specified, these factors can only do one thing single threshold as a sure decision criterion whether the fuel mixture ignited, not taken into account become.
  • the threshold voltage depends on these Varying factors would also be appropriate Computer control only possible with great effort.
  • the present invention is based on the object Ignition detection method specifying the above Does not have disadvantages, the ignition detection in particular no mechanical Contains components, simply in existing systems can be integrated and works reliably.
  • the invention is based on a first spark the air-fuel mixture in the combustion chamber of a motor vehicle internal combustion engine to inflame and with at least a second Ignition spark that is ignited within the same work cycle, to prove the ignition of the fuel mixture.
  • the invention sees the AC voltage to generate at least the second spark, but preferably also for generating the first spark, one or more periods of two different high half-waves, the first half-wave being a Has amplitude that between the maximum necessary voltage if there is ionization between the electrodes of a spark plug the ignition system and the minimum necessary voltage non-existing ionization lies and the second half-wave has an amplitude which is above the maximum necessary There is tension.
  • a criterion for the ignition of the Air-fuel mixture is detected whether the second spark formed in the first half-wave of the AC voltage has or not.
  • the voltage of the first half-wave of the AC voltage is preferably to generate the spark or spark between 2kV and 6kV.
  • the voltage of the second half-wave is according to the invention greater than 30kV and is preferably about 32kV.
  • the first ignition pulse is generated from one or more periods (ignition sub-pulses) of the AC voltage, the ignition spark being formed during the second half-wave.
  • This first ignition pulse normally serves to ignite the fuel-air mixture.
  • a second ignition pulse is generated, which can also consist of several ignition part pulses. Now that there are ions generated by the flame between the electrodes of the spark plug, the low voltage of the first half-wave of the second ignition pulse can generate the ignition spark.
  • the time that elapses after the AC voltage is switched on until the spark is formed can be used, for example, by measuring the current through the spark plugs to determine a statement about the ignition of the air-fuel mixture. If the ignition spark generated by the first ignition pulse has ignited, the ignition spark of the second ignition pulse occurs during the first half-wave. If the ignition from the first ignition pulse has failed to occur, the ignition spark does not ignite until the second half-wave during the second ignition pulse, ie later than in the normal case. This is detected according to the invention.
  • the ignition voltage of the two It is also possible to measure ignition pulses, not the high voltage itself, but to evaluate a value proportional to it.
  • a value can be the primary voltage, for example be on an ignition transmitter of the ignition system.
  • the primary charging current of an ignition coil of the ignition system evaluate as a proportional value for the ignition voltage.
  • Another development of the invention provides within of a work cycle not only to generate two ignition pulses, but each of these firing pulses into at least two firing pulse to divide.
  • Suitable ignition systems for this are e.g. B. high-frequency alternating current ignition systems, that are capable of multiple Sparks very quickly in a row within a single one Generate work cycle.
  • the ignition part pulses of an ignition pulse are triggered so quickly that the Ionization, caused by the respective immediate previous ignition part pulse and the resultant Partial spark, only slightly reduced. This is due to of the first firing pulse triggered a spark and has the Gas discharge trained, so there is a big difference between determine the ignition voltages of these two ignition part sparks. There is no such difference if the did not develop the first partial spark.
  • a third Case occur.
  • This third case occurs when an im Combustion chamber fuel-air mixture due to the partial sparks of the first pulse was ignited. Now she cares Ignition in the combustion chamber for ionization of the discharge gap, which leads to the fact that the first spark of the second spark at a much lower ignition voltage than at the first partial spark of the first spark occurs.
  • the ignition voltages or charging currents of the partial sparks of the first and second spark can thus be decided whether an unsuccessful ignition to a non-existent fuel-air mixture or lack of spark formation is.
  • a corresponding Signal sent to a control unit as soon as no ignition of the air-fuel mixture has taken place. Furthermore the supply of the air-fuel mixture to the combustion chamber prevented to avoid destruction of the catalyst. Finally, the driver of the internal combustion engine becomes audible or optical signal that indicates the malfunction displays.
  • Figure 1 shows an embodiment of a circuit arrangement for an ignition stage according to the invention.
  • the circuit arrangement has five terminals 1, 2, 3, 4 and 5.
  • terminal 1 are, for example, 200V, 15V at terminal 2, at the terminal 3 a current control signal and a switch-on signal at terminal 4 on.
  • Terminal 5 is connected to the reference potential.
  • a capacitor 6 is connected, also a capacitor between terminal 2 and terminal 5 7.
  • a resistor 8 connected to a capacitor 9, the resistor 8 is connected to the terminal 2.
  • the Terminal 2 is connected to terminal 4 via a further resistor 10 in connection. Between terminal 3 and terminal 5 for reference potential a further capacitor 11 is connected.
  • the Terminal 3 is connected to the non-inverting input of a comparator 12 in connection, whose inverting input to the Connection point of the resistor 8 and the capacitor 9 switched is.
  • the output of the comparator 12 is on the one hand the terminal 4 in connection and on the other hand with two basic connections of two complementary transistors 14, 15, which with their emitter connections are interconnected.
  • the collector of the NPN transistor is at terminal 2 and the collector of the pnp transistor 15 connected to the terminal 5.
  • the Connection point of the two emitter connections of these transistors 14, 15 is through a resistor 16 to the base terminal a power switching transistor 18 in connection.
  • the collector connection this power transistor 18 is through the primary winding 19 an ignition coil 20 with the terminal 1 in connection.
  • the emitter connection of the power transistor 18 is via a Resistor 11 connected to terminal 5 for reference potential. Parallel to the load path of the power transistor 18 and the Resistor 11 is connected to a capacitor 23, as is one Free-wheeling diode 24, with its cathode connection to the primary winding 19 of the ignition coil 20 is placed.
  • connection point of the resistor 8 and the capacitor 9 is via a further resistor 13 to the connection point of the power transistor 18 and the resistor 11 placed. This the latter connection point is also over a Resistor 17 to the base or gate of the power transistor 18 switched.
  • the ignition coil also has a secondary winding 21, the electrodes 25, 26 are connected at their two connections are.
  • the circuit arrangement shown in FIG. 1 has this also a clock generator.
  • This clock generator consists of essentially from a clock generator block 28, the plus input is connected to the Q output.
  • the Q output stands moreover via a diode 29 with the connection point of the Resistor 8 and the capacitor 9 in contact. At this connection point the cathode of the diode 29 is placed.
  • the minus entrance of the clock generator module 28 is connected to the terminal 4, during the clock input via a capacitor 30 the terminal 5 is connected for reference potential. Between the Clock input of the clock generator module 28 and the terminal 2 is another resistor 31 placed.
  • A is the switch-on signal for switching on Ignition stage designated. This switch-on signal is sent to the Terminal 4 of the ignition output stage is applied and is a square wave signal a predetermined duration.
  • D is the gate or base voltage of the power switching transistor 18. This signal is a square wave voltage whose lengths depend on the current through the Detach ignition coil.
  • C is the collector current, which is a triangular ramp signal. The steepness of the The ramp in turn depends on the inductance of the ignition coil.
  • D is the collector voltage across the capacitor 23 Ignition output stage of Figure 1 designated. The collector voltage is sinusoidal half-wave.
  • the signal curve E denotes the by current flowing through this capacitor 23, F denotes the current by the freewheeling diode 24.
  • H is the secondary voltage with capacitance. in the Difference to the signal curve G, this signal oscillates there, where the collector voltage shows a half wave.
  • the signal curve I shows the typical secondary voltage at the secondary winding of the ignition coil of the connected spark plug.
  • the AC voltage is used to generate at least one second spark, but preferably also selected the first spark so that the first half wave is a Has amplitude, which is between the maximum necessary Voltage if there is ionization between the electrodes a spark plug of the ignition system and the minimum necessary voltage if there is no ionization.
  • the first half wave between U1 and U3 and must therefore be in the area not hatched.
  • the second Half wave is chosen so large that it is certainly above the maximum necessary voltage is that with existing ionization occurs between the electrodes of a spark plug of the ignition system. In the present case, the second half-wave must therefore be larger than U4.
  • the second half-wave is preferably so size chosen as U5.
  • first and the second ignition pulse in the same way and generated with the same AC voltage can be based on the second ignition pulse can be determined whether the first ignition pulse caused a fire or not. If there is a fire can already be the first half-wave of the second Ignition pulse generate an ignition spark. Has no inflammation by the first ignition pulse, however, leads first the second half-wave of the second ignition pulse for ignition. This, of course, only if there is an air-fuel mixture in the combustion chamber is available.
  • the critical field strength required to form a gas discharge is necessary from the ions and in the combustion chamber depending on the existing foreign ionization.
  • constant geometric Dimensions and constant external influences is the to form a gas discharge or a spark between two electrodes, e.g. B. the electrodes of a spark plug, necessary Voltage also constant.
  • external ionization e.g. B. thermal ionization, as is the case with ignition of the fuel mixture occurs in the combustion chamber, ions If it is brought into the area of the electrodes, it drops for generation a spark necessary ignition voltage.
  • the first.Ignition pulse ideally generates a spark, serves to ignite the air-fuel mixture.
  • the second ignition pulse there is also a spark generated.
  • the second ignition pulse it is detected when exactly the spark is formed, i.e. during the first half wave or the second half-wave.
  • a decision whether this ionization by the first Ignition pulse triggered first sparks or by the ignition of the fuel mixture is not easy possible. There is one way to safely decide this in it, the amount of time between the two firing pulses large to choose that the ionization generated by the first spark is safely dismantled.
  • the second voltage value is clear less than the first one, this certainly indicates an ignition of the fuel mixture. Because the duration of this ionization of the high voltage applied and the swirl conditions in the combustion chamber can be a relatively long one Time period may be necessary until the ionization is degraded. This can cause time problems, especially at high speeds lead if the period is longer than a work cycle period because then the second impulse is no longer during this one Work cycle can be ignited.
  • the duration of the two Pulse chosen so short that it is safe within one Work cycle can be constant or variable, e.g. B. depending on the speed.
  • the inventive method can be advantageously also with ignition systems, e.g. B.
  • High frequency AC ignition systems apply in which several ignition pulses very quickly in succession can be generated within one work cycle. With these systems, as shown below, there is an additional one It is possible to differentiate whether the fuel mixture ignites not done because no spark was generated, or because there is no fuel mixture in the combustion chamber.
  • the two ignition pulses mentioned above are used for this purpose generated as at least two ignition pulses each.
  • Ignition sparks consist of only two partial sparks.
  • the time interval these two partial sparks is so low according to the invention choose the ionization in the combustion chamber caused by the Partial spark was caused, only slightly reduced and the at least two partial sparks appear as a single spark.
  • a third case can occur here.
  • This third case arises when there is one in the combustion chamber Air / fuel mixture due to the first partial spark was ignited by an impulse. Now it takes care of the combustion chamber flame present for ionization of the discharge gap, which leads to the first spark of the second Spark at a much lower ignition voltage than the first Partial spark of the first spark occurs.
  • By evaluation the current increases of the partial sparks of the first and the second spark or the associated currents through the primary winding thus it can be decided whether a non-ignition occurs non-existent fuel-air mixture or a lack of training of a spark within the combustion chamber is.
  • pulses I1, I2 are shown that within a Work cycle AT of the internal combustion engine for the generation of Ignition pulses are used.
  • each of these pulses I1, I2 from a single pulse I1A, I2A exists.
  • the rising edge of the first pulse I1A appears at time t1 and the rising edge of the second Pulse I2A at time t2.
  • the two times t1, t2 lie within the work cycle AT.
  • the distance between the Time t1, t2 is chosen so that at time t2 one is due sparking generated by the first pulse I1A setting ionization safely decayed within the combustion chamber is.
  • the 5b are those belonging to the mentioned ignition pulses I1A, I2A Ignition voltages U1A, U2A shown when inside the combustion chamber has no ignition.
  • the Amplitudes of the two ignition voltages U1A and U2A are the same or approximately the same size, because at the time of the occurrence of the second ignition pulse I2A no ionization within the Combustion chamber is more available.
  • the non-ignition can either be due to the fact that no fuel-air mixture within of the combustion chamber is present or in that the first Pulse I1A did not lead to a spark.
  • Fig. 5c the ignition voltage ratios are shown when ignition occurs within the combustion chamber. It is clearly that compared to the ignition voltage U1A of the first Pulse I1A lower ignition voltage U2A of the second ignition pulse I2A recognizable.
  • each of the already mentioned pulses I1A, I2A immediately to follow another pulse I1B or I2B.
  • This further pulses I1B and I2B are shown in broken lines in FIG. 5a. These two pulses follow the pulses I1A and I2A temporally so close to each other that they are like a single ignition pulse appear.
  • 5d, 5e and 5f are the associated ones Ignition voltages under different operating conditions shown.
  • FIG. 5d shows the ignition voltages which are established if there is a spark due to the first firing pulse I1A has formed within the combustion chamber and one Gas discharge sets, but no fuel-air mixture inside of the combustion chamber is available. Inflammation can do not adjust.
  • This non-ignition will be similar as in Fig. 5b, detected by the ignition voltage U2A is approximately the same size as the ignition voltage U1A. That one Spark has formed due to the first ignition pulse I1A based on the significantly lower ignition voltages U1B and U2B in Comparable to the ignition voltages U1A and U2A.
  • This lower ignition voltage U1B or U2B stems from that by by sparking the first firing pulse I1A or I2A conditional ionization within the combustion chamber.
  • the Ignition part pulses I1B and I2B immediately after the first ignition part pulses I1A and I2A can follow this ionization based on the lower ignition voltage U1B or U2B can be detected.
  • the lower ignition voltage is due to a steeper course of the Collector current can be detected on the primary side of the ignition system.
  • Fig. 5e the relationships are shown when due to the first ignition part pulse I1A no spark and therefore no gas discharge and therefore no ignition within the combustion chamber trains.
  • the ignition voltages are U1A, U1B and U2A and U2B about the same size.
  • 5f shows the conditions when the ignition has taken place.
  • the ignition voltages U1B, U2A and U2B are significantly lower than the ignition voltage U1A.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündungserkennung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei modernen Kraftfahrzeugen ist es aus Gründen des Umweltschutzes notwendig, die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Verbrennungsmotor zu erkennen und sofort Gegenmaßnahmen einzuleiten, sofern keine Zündung erfolgt. Werden nämlich keine Gegenmaßnahmen getroffen, kann das unverbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Katalysator gelangen und diesen zerstören. Es ist deshalb erforderlich, daß jeder Zündaussetzer erkannt wird.
Zur Erkennung der Zündung bzw. Zündaussetzer sind bereits verschiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt.
So ist es möglich, den Druckanstieg im Brennraum, der durch die Verbrennung des Kraftstoff-Gemisches erfolgt, zu messen. Hierfür kann ein Drucksensor innerhalb des Motorblocks angebracht werden. Dies ist sehr aufwendig und kostspielig. Außerdem ist der Drucksensor dann nachteiligerweise enormen thermischen Belastungen ausgesetzt.
Verfahren zur Erzeugung zweier Zündimpulse innerhalb eines Arbeitstaktes zur Zündungs- bzw. Fehlzündungserkennung sind beispielsweise in DE 42 18 803 A1, EP 0 546 827 A2 und US 53 88 560 beschrieben. Während in DE 42 18 803 A1 die Amplitude des bei der zweiten Zündung entstehenden Funkenspannungs-Nadelimpulses ausgewertet wird, erfolgt in US 53 88 560 eine zeitliche Analyse des Abfalls der gemessenen Funkenspannung nach der zweiten Zündung. In EP 0 546 827 A2 wird eine entsprechende Analyse des Abfalls des entstehenden Ionenstromes durchgeführt.
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle gemessen, die bei einer erfolgten Verbrennung höher als bei einer nicht erfolgten Verbrennung ist. Hierfür sind allerdings zusätzliche mechanische Sensoren notwendig, die äußerst empfindlich sein müssen, um verhältnismäßig geringe Geschwindigkeitsunterschiede erfassen zu können. Solche Sensoren sind ebenfalls aufwendig und kostspielig.
Eine weitere Möglichkeit der Zündungserkennung ist die Messung des Ionenstromes. Hierbei wird der Ionenstrom, der durch die thermische Ionisation des Kraftstoff-Gemisches bei einer Entflammung erfolgt, gemessen. Bei dieser Lösung müssen Dioden eingesetzt werden, die während des Zündimpulses einer enormen Spannung ausgesetzt sind. Solche Dioden sind sehr teuer und empfindlich.
Aus WO 92/20912 ist eine Zündungserkennung bekannt, bei der innerhalb eines Arbeitstaktes des Verbrennungsmotors zwei Zündfunken erzeugt werden und die Zündspannung des zweiten Zündfunkens mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird. Eine erfolgte Entflammung des Kraftstoff-Gemischs wird dadurch detektiert, daß die Zündspannung unterhalb dieses Schwellenwertes liegt. Liegt die Zündspannung dagegen über diesem Schwellenwert, so ist dies ein Kriterium für ein Nichtzünden des Kraftstoff-Gemisches.
Problematisch an diesem Verfahren ist, daß nur die Zündspannung des zweiten Zündfunkens gemessen wird. Hierdurch kann nicht unterschieden werden, ob die Verringerung der Zündspannung allein durch die Ionisation des ersten Funkens oder wirklich durch eine erfolgte Entflammung innerhalb des Brennraumes erfolgte. Außerdem kann bei diesem Verfahren nicht festgestellt werden, ob eine Entflammung nicht erfolgte, weil kein geeigneter Zündfunke erzeugt wurde, oder weil kein Kraftstoff-Gemisch für die Entflammung im Brennraum zur Verfügung stand.
Darüber hinaus ist die gemessene Zündspannung auch noch von äußeren Faktoren, wie z. B. Spannungsabfall am Zündverteiler und Elektrodenabbrand, abhängig. Solche Faktoren können sich im Laufe der Zeit langsam oder z. B. beim Austausch der Zündkerzen plötzlich verändern. Diese Faktoren können bei Vorgabe nur eines einzigen Schwellenwertes als sicheres Entscheidungskriterium, ob eine Entflammung des Kraftstoff-Gemisches erfolgte, nicht berücksichtigt werden. Die Schwellenspannung abhängig von diesen Faktoren zu variieren, wäre auch bei Einsatz einer entsprechenden Rechnersteuerung nur unter großem Aufwand möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zündungserkennung anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, wobei die Zündungserkennung insbesondere keine mechanischen Komponenten enthält, einfach in vorhandene Systeme integrierbar ist, und zuverlässig arbeitet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht darauf, mittels eines ersten Zündfunkens das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors zu entflammen und mit mindestens einem zweiten Zündfunken, der innerhalb desselben Arbeitstaktes gezündet wird, die Entflammung des Kraftstoff-Gemisches nachzuweisen. Erfindungsgemäß sieht die Wechselspannung zum Erzeugen mindestens des zweiten Zündfunkens, vorzugsweise jedoch auch zum Erzeugen des ersten Zündfunkens, eine oder mehrere Perioden von zwei unterschiedlich hohen Halbwellen vor, wobei die erste Halbwelle eine Amplitude aufweist, die zwischen der maximal notwenigen Spannung bei vorhandener Ionisierung zwischen den Elektroden einer Zündkerze der Zündanlage und der minimal notwendigen Spannung bei nicht vorhandener Ionisierung liegt und die zweite Halbwelle eine Amplitude aufweist, welche über der maximal notwenigen Spannung liegt. Als Kriterium für eine erfolgte Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches wird erfaßt, ob sich der zweite Zündfunke bei der ersten Halbwelle der Wechselspannung ausgebildet hat oder nicht.
Vorzugsweise liegt die Spannung der ersten Halbwelle der Wechselspannung zum Erzeugen des oder der Zündfunken zwischen 2kV und 6kV. Die Spannung der zweiten Halbwelle ist erfindungsgemäß größer als 30kV und beträgt vorzugsweise etwa 32kV.
Ist die Periodendauer der Wechselspannung deutlich kleiner als die Dauer des Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine, kann folgender Funktionsablauf erzeugt werden:
Der erste Zündimpuls wird aus einer oder mehreren Perioden (Zündteilimpulse) der Wechselspannung bestehend erzeugt, wobei die Ausbildung des Zündfunkens während der zweiten Halbwelle erfolgt. Dieser erste Zündimpuls dient normalerweise zur Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Nach einer bestimmten Zeit, wie bereits erwähnt, innerhalb des gleichen Arbeitstaktes, wird ein zweiter Zündimpuls erzeugt, der ebenfalls aus mehreren Zündteilimpulsen bestehen kann. Da sich jetzt durch die Flamme erzeugte Ionen zwischen den Elektroden der Zündkerze befinden, kann die niedrige Spannung der ersten Halbwelle des zweiten Zündimpulses den Zündfunken erzeugen. Die Zeit, die nach dem Einschalten der Wechselspannung bis zur Ausbildung des Funkens vergeht, kann zum Beispiel durch Messung des Stromes durch die Zündkerzen zur Ermittlung einer Aussage über die Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches dienen. Ist eine Entflammung durch den durch den ersten Zündimpuls erzeugten Zündfunken erfolgt, tritt der Zündfunke des zweiten Zündimpulses während der ersten Halbwelle auf. Ist die Entflammung durch den ersten Zündimpuls ausgeblieben, zündet der Zündfunken während des zweiten Zündimpulses erst mit der zweiten Halbwelle, also später als im Normalfall. Dies wird erfindungsgemäß detektiert.
Es kann der Fall eintreten, besonders bei hohen Drehzahlen, daß die Ionisierung, die durch den ersten Funken selbst erzeugt wurde, noch nicht vollständig abgebaut wurde. Das bedeutet, daß die zum Erzeugen des zweiten Funkens notwenige Spannung nach unten verschoben wird, also kleiner als beispielsweise 6kV wird. Um die Amplitude der ersten Halbwelle der Zündwechelspannung wieder in den optimalen Bereich, d. h. in die Mitte zwischen maximal notwendiger Spannung mit voller thermischer Ionisierung und minimal notweniger Spannung mit durch den ersten Funken verursachten Restionisierung zu bringen, kann z. B. die Dauer der beiden Halbwellen untereinander verändert werden, was zu einer Änderung der Amplitude der ersten Halbwelle ausgenutzt werden kann. Ein entsprechendes, im Steuerrechner des Kraftfahrzeuges abgelegtes Kennlinienfeld kann beispielsweise die Steuerung der Amplitude der ersten Halbwelle vornehmen.
Obwohl es grundsätzlich ausreicht, die Zündspannung der beiden Zündimpulse zu messen, ist es ebenso möglich, nicht die Hochspannung selbst, sondern einen ihr proportionalen Wert auszuwerten. Ein solcher Wert kann beispielsweise die Primärspannung an einem Zündübertrager der Zündanlage sein. Es ist jedoch auch möglich, den primären Ladestrom einer Zündspule der Zündanlage als proportionalen Wert für die Zündspannung auszuwerten.
Ebenso ist es möglich, einen anderen Parameter, der eine Information über die Ionisierung der Gasentladungsstrecke enthält, auszuwerten. Beim Heranziehen des primären Ladestromes der Zündspule zeigt sich nämlich, daß der Ladestrom von der Primärinduktivität der Zündspule abhängig ist, solange keine Ionisierung der Entladungsstrecke vorhanden ist. Ist dagegen eine Ionisierung vorhanden, wird die wirksame Primärinduktivität durch die Parallelschaltung der Streuinduktivität verringert. Der Stromanstieg in der Zündspule erfolgt schneller. Dieser Unterschied in den Stromanstiegen, der z. B. durch Messungen der Zeit vom Beginn des Stromflusses bis zum Erreichen einer bestimmten Stromamplitude ermittelt werden kann, stellt ebenfalls ein auswertbares Maß für die zwischen den Elektroden vorhandene Ionisierung dar.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, innerhalb eines Arbeitstaktes nicht nur zwei Zündimpulse zu erzeugen, sondern jeden dieser Zündimpulse in mindestens zwei Zündteilimpulse zu unterteilen. Geeignete Zündanlagen hierfür sind z. B. Hochfrequenz-Wechselstromzündanlagen, die in der Lage sind, mehrere Funken sehr schnell hintereinander innerhalb eines einzigen Arbeitstaktes zu erzeugen. Die Zündteilimpulse eines Zündimpulses werden so schnell hintereinander ausgelöst, daß sich die Ionisierung, hervorgerufen durch den jeweilig unmittelbar vorhergehenden Zündteilimpuls und den sich hierbei ausbildenden Teilfunken, nur unwesentlich abgebaut hat. Wird hierbei aufgrund des ersten Zündteilimpulses ein Funke ausgelöst und hat sich die Gasentladung ausgebildet, so ist ein großer Unterschied zwischen den Zündspannungen dieser beiden Zündteilfunken festzustellen. Ein solcher Unterschied stellt sich nicht ein, wenn sich der erste Teilfunke nicht ausgebildet hat. Zusätzlich kann ein dritter Fall auftreten. Dieser dritte Fall tritt auf, wenn ein im Brennraum befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch durch die Teilfunken des ersten Impulses gezündet wurde. Jetzt sorgt die im Brennraum befindliche Entflammung für eine Ionisierung der Entladungsstrecke, was dazu führt, daß der erste Teilfunke des zweiten Funkens bei einer viel geringeren Zündspannung als bei dem ersten Teilfunken des ersten Funkens auftritt. Durch Auswertung der Zündspannungen bzw. Ladeströme der Teilfunken des ersten und des zweiten Funkens kann somit entschieden werden, ob eine nicht erfolgte Zündung auf nicht vorhandenes Kraftstoff-Luft-Gemisch oder Nichtausbildung des Funkens zurückzuführen ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein entsprechendes Signal an eine Steuereinheit gesendet, sobald keine Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches stattgefunden hat. Darüber hinaus wird die Zufuhr des Luft-Kraftstoff-Gemisches an den Brennraum verhindert, um eine Zerstörung des Katalysators zu vermeiden. Schließlich wird dem Fahrer der Brennkraftmaschine ein akustisches oder optisches Signal übermittelt, das die Fehlfunktion anzeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang eines Ausführungsbeispieles und Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
ein Blockschaltbild einer beispielhaften Zündendstufe zur Zündungserkennung,
Fig. 2
typische Signalverläufe auf der Primärseite der in Figur 1 dargestellten Zündendstufe,
Fig. 3
typische Signalverläufe auf der Sekundärseite der in Figur 1 dargestellten Zündendstufe,
Fig. 4
ein Spannungsdiagrammm,
Fig. 5
Spannungs- Zeitdiagramme von jeweils vier innerhalb eines Arbeitstaktes einer Brennkraftmaschine aufeinanderfolgenden Zündfunken bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung für eine Zündendstufe nach der Erfindung. Die Schaltungsanordnung weist fünf Klemmen 1, 2, 3, 4 und 5 auf. An der Klemme 1 liegen beispielsweise 200V, an der Klemme 2 15V, an der Klemme 3 ein Stromsteuersignal und an der Klemme 4 ein Einschaltsignal an. Die Klemme 5 ist mit Bezugspotential verbunden. Zwischen der Klemme 1 und der Klemme 5 ist ein Kondensator 6 geschaltet, ebenfalls zwischen die Klemme 2 und die Klemme 5 ein Kondensator 7. Zwischen die Klemmen 2 und 5 ist zusätzlich die Reihenschaltung eines Widerstandes 8 mit einem Kondensator 9 geschaltet, wobei der Widerstand 8 mit der Klemme 2 in Verbindung steht. Die Klemme 2 ist über einen weiteren Widerstand 10 mit der Klemme 4 in Verbindung. Zwischen der Klemme 3 und der Klemme 5 für Bezugspotential ist ein weiterer Kondensator 11 geschaltet. Die Klemme 3 steht mit dem nicht invertierenden Eingang eines Komparators 12 in Verbindung, dessen invertierender Eingang an den Verbindungspunkt des Widerstandes 8 und des Kondesators 9 geschaltet ist. Der Ausgang des Komparators 12 ist einerseits mit der Klemme 4 in Verbindung und andererseits mit zwei Basisanschlüssen von zwei komplementären Transistoren 14, 15, die mit ihren Emitteranschlüssen miteinander in Verbindung stehen. Der Kollektor des npn-Transistors ist an die Klemme 2 und der Kollektor des pnp-Transistors 15 an die Klemme 5 geschaltet. Der Verbindungspunkt der beiden Emitteranschlüsse dieser Transistoren 14, 15 ist über einen Widerstand 16 mit dem Basisanschluß eines Leistungsschalttransistors 18 in Verbindung. Der Kollektoranschluß dieses Leistungstransistors 18 ist über die Primärwicklung 19 einer Zündspule 20 mit der Klemme 1 in Verbindung. Der Emitteranschluß des Leistungstransistors 18 ist über einen Widerstand 11 an die Klemme 5 für Bezugspotential geschaltet. Parallel zur Laststrecke des Leistungstransistors 18 und dem Widerstand 11 ist ein Kondensator 23 geschaltet, ebenso eine Freilaufdiode 24, die mit ihrem Katodenanschluß an die Primärwicklung 19 der Zündspule 20 gelegt ist.
Der Verbindungspunkt des Widerstandes 8 und des Kondensators 9 ist über einen weiteren Widerstand 13 an den Verbindungspunkt des Leistungstransistors 18 und des Widerstandes 11 gelegt. Dieser zuletzt genannte Verbindungspunkt ist zugleich über einen Widerstand 17 an die Basis bzw. das Gate des Leistungstransistors 18 geschaltet.
Die Zündspule weist darüber hinaus eine Sekundärwicklung 21 auf, an deren beiden Anschlüsse die Elektroden 25, 26 geschaltet sind.
Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung weist darüber hinaus einen Taktgenerator auf. Dieser Taktgenerator besteht im wesentlichen aus einem Taktgeneratorbaustein 28, dessen Pluseingang mit dem Q-Ausgang verbunden ist. Der Q-Ausgang steht darüber hinaus über eine Diode 29 mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 8 und des Kondesators 9 in Kontakt. An diesem Verbindungspunkt ist die Kathode der Diode 29 gelegt. Der Minus-Eingang des Taktgeneratorbausteines 28 ist an die Klemme 4 geschaltet, während der Takteingang über einen Kondensator 30 an die Klemme 5 für Bezugspotential geschaltet ist. Zwischen dem Takteingang des Taktgeneratorbausteines 28 und der Klemme 2 ist ein weiterer Widerstand 31 gelegt.
Mit der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung einer Zündstufe können im wesentlichen die in den Figuren 2 und 3 beschriebenen Signale generiert werden.
In Figur 2 ist mit A das Einschaltsignal zum Einschalten der Zündendstufe bezeichnet. Dieses Einschaltsignal wird an die Klemme 4 der Zündendstufe angelegt und ist ein Rechtecksignal einer vorgegebenen Dauer. Mit D ist die Gate bzw. Basisspannung des Leistungsschalttransistors 18 bezeichnet. Dieses Signal ist eine Rechteckspannung, deren Längen von dem Strom durch die Zündspule abhängen. Mit C ist der Kollektor-Strom bezeichnet, welcher ein dreiecksförmiges Rampensignal ist. Die Steilheit der Rampe ist wiederum von der Induktivität der Zündspule abhängig. Mit D ist die Kollektor-Spannung am Kondensator 23 der Zündendstufe von Figur 1 bezeichnet. Die Kollektorspannung ist sinushalbwellenförmig. Der Signalverlauf E bezeichnet den durch diesen Kondensator 23 fließenden Strom, F bezeichnet den Strom durch die Freilaufdiode 24.
In Figur 3 sind die typischen Signalverläufe auf der Sekundärseite der Zündendstufe von Figur 1 dargestellt. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist nochmals der sinushalbwellenförmige Verlauf der Kollektorspannung anhand der Kurve D dargestellt. G bezeichnet die ideal transformierte Sekundärspannung auf der Sekundärseite der Zündendstufe. Wie die strichlierte Bezugslinie, die 0 Volt darstellt, deutlich macht, zeichnet sich dieser Signalverlauf G durch einen unterhalb von 0 Volt liegenden Bereich und einen über 0 Volt liegenden Spannungsbereich aus. Die unterschiedlich schraffierten Flächen sind gleichgroß.
Mit H ist die Sekundärspannung mit Kapazität dargestellt. Im Unterschied zum Signalverlauf G oszilliert dieses Signal dort, wo die Kollektorspannung eine Halbwelle zeigt.
Der Signalverlauf I zeigt die typische Sekundärspannung bei an die Sekundärwicklung der Zündspule angeschlossener Zündkerze.
Figur 4 zeigt, wie die Wechselspannung zum Erzeugen der Zündfunken bei der vorliegenden Erfindung beispielhaft zu wählen sind. Ausgehend von der Spannung 0 sind in dem in Figur 4 dargestellten Diagramm weitere Spannungen eingezeichnet, nämlich U1 = 2kV, U2 = 4kV, U3 = 6kV, U4 = 30kV und U5 = 32kV. Bei 2kV bilden sich die Funken im ionisierten Zustand des Elektrodenzwischenraumes aus. Zwischen 6kV und 30 kV kann eine Zündung im nichtionisierten Zustand erreicht werden, sicher wird die Zündung jedoch bei einer Spannung von größer 30kV erreicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wechselspannung zum Erzeugen mindestens eines zweiten Zündfunkens, vorzugsweise aber auch dem ersten Zündfunken so gewählt, daß die erste Halbwelle eine Amplitude aufweist, welche zwischen der maximal notwendigen Spannung bei vorhandener Ionisierung zwischen den Elektroden einer Zündkerze der Zündanlage und der minimal notwenigen Spannung bei nicht vorhandener Ionisierung liegt. Dies bedeutet im vorliegenden Fall, daß die erste Halbwelle zwischen U1 und U3 und damit im nicht schraffierten Bereich liegen muß. Vorzugsweise wird die erste Halbwelle bei U2 = 4kV gewählt. Die zweite Halbwelle wird dagegen so groß gewählt, daß sie sicher über der maximal notwendigen Spannung liegt, die bei vorhandener Ionisierung zwischen den Elektroden einer Zündkerze der Zündanlage auftritt. Im vorliegenden Fall muß die zweite Halbwelle folglich größer als U4 sein. Vorzugsweise wird die zweite Halbwelle so groß wie U5 gewählt.
Wird der erste und der zweite Zündimpuls auf gleiche Weise und damit mit der gleichen Wechselspannung erzeugt, kann anhand des zweiten Zündimpulses bestimmt werden, ob der erste Zündimpuls für eine Entflammung sorgte oder nicht. Bei einer erfolgten Entflammung kann nämlich bereits die erste Halbwelle des zweiten Zündimpulses einen Zündfunken erzeugen. Hat keine Entflammung durch den ersten Zündimpuls stattgefunden, führt dagegen erst die zweite Halbwelle des zweiten Zündimpulses zur Entflammung. Dies natürlich nur, wenn ein Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum vorhanden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt also folgenden Effekt aus:
Die kritische Feldstärke, die zur Ausbildung einer Gasentladung notwendig ist, ist von den im Brennraum vorhandenen Ionen und der vorhandenen Fremdionisierung abhängig. Bei konstanten geometrischen Abmessungen und konstanten äußeren Einflüssen ist die zur Ausbildung einer Gasentladung bzw. eines Funkens zwischen zwei Elektroden, z. B. den Elektroden einer Zündkerze, notwendige Spannung ebenfalls konstant. Werden nun durch Fremdionisation, z. B. thermische Ionisation, wie sie sich bei einer Entflammung des Kraftstoff-Gemisches im Brennraum ereignet, Ionen in den Bereich der Elektroden gebracht, sinkt die zur Erzeugung eines Funkens notwendige Zündspannung.
Innerhalb eines Arbeitstaktes einer Brennkraftmaschine werden zwei Zündimpulse erzeugt. Der erste.Zündimpuls, der idealerweise einen Funken erzeugt, dient zur Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemischs. Mit dem zweiten Zündimpuls wird ebenfalls ein Funke erzeugt. Bei dem zweiten Zündimpuls wird aber detektiert, wann genau sich der Funke ausbildet, also bei der ersten Halbwelle oder bei der zweiten Halbwelle.
Eine Entscheidung, ob diese Ionisierung durch den durch den ersten Zündimpuls ausgelösten ersten Funken oder durch die Entflammung des Kraftstoff-Gemischs erfolgte, ist nicht ohne weiteres möglich. Eine Möglichkeit, dies sicher zu entscheiden, besteht darin, die Zeitdauer zwischen den beiden Zündimpulsen so groß zu wählen, daß die durch den ersten Funken erzeugte Ionisierung sicher abgebaut ist. Ist der zweite Spannungswert deutlich geringer als der erste, so deutet dies sicher auf eine Entflammung des Kraftstoff-Gemischs hin. Da die Dauer dieser Ionisierung von der angelegten Hochspannung selbst und den Verwirbelungsverhältnissen im Brennraum abhängt, kann eine relativ lange Zeitspanne notwendig sein, bis die Ionisierung abgebaut ist. Dies kann insbesondere bei hohen Drehzahlen zu Zeitproblemen führen, wenn die Zeitdauer länger als eine Arbeitstaktzeitdauer wird, da dann der zweite Impuls nicht mehr während dieses einen Arbeitstaktes gezündet werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zeitdauer der beiden Impulse so kurz gewählt, daß sie sicher innerhalb eines Arbeitstaktes liegen. Die Zeitdauer kann dabei konstant oder variabel, z. B. drehzahlabhängig, gewählt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vorteilhafter Weise auch bei Zündanlagen, z. B. Hochfrequenz-Wechselstromzündanlagen anwenden, bei denen mehrere Zündimpulse sehr schnell hintereinander innerhalb eines Arbeitstaktes erzeugt werden können. Mit diesen Anlagen ist, wie nachfolgend gezeigt, eine zusätzliche Unterscheidung möglich, ob eine Entflammung des Kraftstoff-Gemischs nicht erfolgt, weil kein Zündfunke erzeugt wurde, oder weil sich kein Kraftstoff-Gemisch im Brennraum befindet.
Dazu werden erfindungsgemäß die beiden oben erwähnten Zündimpulse als mindestens je zwei Zündimpulse erzeugt.
Im folgenden wird der Einfachheit halber angenommen, daß ein Zündfunken nur aus zwei Teilfunken besteht. Der zeitliche Abstand dieser beiden Teilfunken ist erfindungsgemäß so gering zu wählen, daß sich die Ionisierung im Brennraum, die durch den Teilfunken hervorgerufen wurde, nur unwesentlich abgebaut hat und die mindestens zwei Teilfunken wie ein einziger Funken erscheinen.
Wird in diesem Fall z. B. der erste Teilfunke ausgelöst und hat sich aufgrund des ersten Teilfunkens eine Gasentladung innerhalb des Brennraumes ausgebildet, so wird ein großer Unterschied zwischen den Zündspannungen dieses ersten Teilfunkens und des unmittelbar nachfolgenden zweiten Teilfunkens festgestellt. Darüber hinaus erreicht der auf der Primärseite der Zündanlage fließende Kollektorstrom schneller die für die Entflammung nötige Amplitude. Dieser große Unterschied zwischen den beiden Zündspannungen der beiden Teilfunken und zwischen den Steilheiten der Flanken des Kollektorstromes tritt dagegen nicht auf, wenn sich der erste Teilfunke aufgrund des ersten Teilimpulses nicht ausgebildet hat. Bei den nachfolgenden zwei Teilfunken des zweiten Funkens können sich die soeben beschriebenen Zustände ebenfalls einstellen, wobei der erste Teilfunke des zweiten Zündimpulses bei der ersten Halbwelle und damit früher auftritt als wenn der erste Zündimpuls zu keiner Entflammung geführt hat. Zusätzlich kann jedoch hier ein dritter Fall auftreten. Dieser dritte Fall stellt sich ein, wenn ein im Brennraum befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den ersten Teilfunken eines Impulses gezündet wurde. Jetzt sorgt nämlich die im Brennraum befindliche Flamme für eine Ionisierung der Entladungsstrecke, was dazu führt, daß der erste Teilfunke des zweiten Funkens bei einer viel geringeren Zündspannung als bei dem ersten Teilfunken des ersten Funkens auftritt. Durch Auswertung der Stromanstiege der Teilfunken des ersten und des zweiten Funkens bzw. der zugehörenden Ströme durch die Primärwicklung kann somit entschieden werden, ob eine nicht erfolgte Zündung auf ein nicht vorhandenes Kraftstoff-Luft-Gemisch oder eine Nichtausbildung eines Funkens innerhalb des Brennraumes zurückzuführen ist.
Dieses Prinzip wird nachfolgend anhand der Fig. 5 im Zusammenhang mit verschiedenen Spannungs-Zeit-Diagrammen näher erläutert. Um das Wesentliche besser darstellen zu können, sind die Kurven auf Symbole für den Zündspannungsverlauf bei ionisierten (Diagramm C, Kurve U2A) bzw. nicht ionisierten (Diagramm C, Kurve U1A) Elektroden-Zwischenraum reduziert.
In Fig. 5a sind Impulse I1, I2 dargestellt, die innerhalb eines Arbeitstaktes AT der Brennkraftmaschine zur Erzeugung von Zündimpulsen herangezogen werden. Zunächst wird davon ausgegangen, daß jeder dieser Impulse I1, I2 aus einem einzigen Impuls I1A, I2A besteht. Die ansteigende Flanke des ersten Impulses I1A erscheint zum Zeitpunkt t1 und die ansteigende Flanke des zweiten Impulses I2A zum Zeitpunkt t2. Die beiden Zeitpunkte t1, t2 liegen innerhalb des Arbeitstaktes AT. Der Abstand zwischen den Zeitpunkten t1, t2 ist so gewählt, daß im Zeitpunkt t2 eine aufgrund einer durch den ersten Impuls I1A erzeugten Funkenbildung einstellende Ionisierung innerhalb des Brennraumes sicher abgeklungen ist.
In Fig. 5b sind die zu den erwähnten Zündimpulsen I1A, I2A zugehörenden Zündspannungen U1A, U2A dargestellt, wenn sich innerhalb des Brennraumes keine Entflammung ausgebildet hat. Die Amplituden der beiden Zündspannungen U1A und U2A sind gleich oder annähernd gleich groß, da zum Zeitpunkt des Auftretens des zweiten Zündimpulses I2A keinerlei Ionisierung innerhalb des Brennraumes mehr vorhanden ist. Die Nichtentflammung kann entweder dadurch bedingt sein, daß kein Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Brennraumes vorhanden ist oder dadurch, daß der erste Impuls I1A zu keinem Zündfunken führte.
In Fig. 5c sind die Zündspannungsverhältnisse dargestellt, wenn sich innerhalb des Brennraumes eine Entflammung einstellt. Es ist deutlich die im Vergleich zur Zündspannung U1A des ersten Impulses I1A geringere Zündspannung U2A des zweiten Zündimpulses I2A erkennbar.
Gemäß einer bereits erwähnten Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, jedem der bereits erwähnten Impulse I1A, I2A unmittelbar einen weiteren Impuls I1B bzw. I2B folgen zu lassen. Diese weiteren Impulse I1B und I2B sind in Fig. 5a strichliert dargestellt. Diese beiden Impulse folgen den Impulsen I1A bzw. I2A zeitlich so eng aufeinander, daß diese wie ein einziger Zündimpuls erscheinen. In den Fig. 5d, 5e und 5f sind die zugehörenden Zündspannungen bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen dargestellt.
In Fig. 5d sind die Zündspannungen gezeigt, die sich einstellen, wenn sich zwar aufgrund des ersten Zündteilimpulses I1A ein Funke innerhalb des Brennraumes gebildet hat und sich eine Gasentladung einstellt, jedoch kein Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Brennraumes vorhanden ist. Eine Entflammung kann sich damit nicht einstellen. Diese Nichtentflammung wird, ähnlich wie in Fig. 5b, dadurch detektiert, daß die Zündspannung U2A in etwa gleich groß der Zündspannung U1A ist. Daß sich ein Funke aufgrund des ersten Zündimpulses I1A ausgebildet hat, ist anhand der deutlich geringeren Zündspannungen U1B bzw. U2B im Vergleich zu den Zündspannungen U1A bzw. U2A erkennbar. Diese niedrigere Zündspannung U1B bzw. U2B rührt von der durch die durch die Funkenbildung des ersten Zündteilimpulses I1A bzw. I2A bedingten Ionisierung innerhalb des Brennraumes her. Da die Zündteilimpulse I1B und I2B unmittelbar den ersten Zündteilimpulsen I1A und I2A folgen, kann diese Ionisierung anhand der niedrigeren Zündspannung U1B bzw. U2B detektiert werden. Die niedrigere Zündspannung ist durch einen steileren Verlauf des Kollektorstromes auf der Primärseite der Zündanlage erfaßbar.
In Fig. 5e sind die Verhältnisse gezeigt, wenn sich aufgrund des ersten Zündteilimpulses I1A kein Funke und damit keine Gasentladung und damit auch keine Entflammung innerhalb des Brennraumes ausbildet. Die Zündspannungen U1A, U1B sowie U2A und U2B sind etwa gleich groß.
In Fig. 5f sind die Verhältnisse bei erfolgter Entflammung dargestellt. Die Zündspannungen U1B, U2A und U2B sind deutlich geringer als die Zündspannung U1A.
Bezugszeichenliste
1
Klemme
2
Klemme
3
Klemme
4
Klemme
5
Klemme
6
Kondensator
7
Kondensator
8
Widerstand
9
Kondensator
10
Widerstand
11
Widerstand
12
Komparator
13
Widerstand
14
Transistor
15
Transistor
16
Widerstand
17
Widerstand
18
Transistor
19
Primärwicklung
20
Zündspule
21
Sekundärwicklung
23
Kondensator
24
Freilaufdiode
25
Elektrode
26
Elektrode
27
Zündkerze
28
Taktgeneratorbaustein
29
Diode
31
Widerstand
A
Ein-Signal
B
Basisspannung
C
Kollektorstrom
D
Kollektorspannung
E
Kondensatstrom
F
Diodenstrom
G
Sekundärspannung
H
Sekundärspannung mit Kapazität
I
Sekundärspannung mit Zündkerze
I1, I2
Impuls, Zündimpuls
I1A, I2A
Zündteilimpuls
I1B, I2B
Zündteilimpuls
t1, t2
Zeitpunkt
U1A, U2A
Zündspannung
U1B, U2B
Zündspannung
Us
Schwellenwert

Claims (16)

  1. Verfahren zur Zündungserkennung für eine Zündanlage einer Brennkraftmaschine, bei dem innerhalb eines Arbeitstaktes ein erster Zündimpuls (I1A) zur Erzeugung eines ersten Zündfunkens und mindestens ein zweiter Zündimpuls zur Erzeugung eines zweiten Zündfunkens mittels Wechselspannung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung zum Erzeugen mindestens des zweiten Zündfunkens eine oder mehrere Perioden von unterschiedlich hohen Halbwellen hat, wobei die erste Halbwelle eine Amplitude aufweist, die zwischen der maximal notwendigen Spannung (U1) bei vorhandener Ionisierung zwischen den Elektroden (25, 26) einer Zündkerze der Zündanlage und der minimal notwendigen Spannung (U3) bei nicht vorhandener Ionisierung liegt und die zweite Halbwelle eine Amplitude aufweist, die über der maximal notwendigen Spannung (U4) bei nicht vorhandener Ionisierung liegt, und daß als Kriterium für eine erfolgte Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erfaßt wird, ob sich der zweite Zündfunke bei der ersten Halbwelle der Wechselspannung ausgebildet hat oder nicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zündfunke mit der gleichen Wechselspannung wie der zweite Zündfunke erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der ersten Halbwelle der Wechselspannung zwischen 2 kV und 6kV liegt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der ersten Halbwelle größer als 30kV vorzugsweise etwa 32kV, beträgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbwellen einer Periode der Wechselspannung untereinander variiert werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer nach dem Einschalten der Wechselspannung für den zweiten Zündimpuls bis zur Ausbildung des Zündfunkens gemessen und als Kriterium für eine erfolgte Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches herangezogen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vom Einschalten der Wechselspannung an der Strom durch die Zündspule erfaßt wird und daß die Zeitdauer bestimmt wird, bis der Strom eine die Entflammung kennzeichnende Amplitude erreicht hat.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium zur Erkennung der Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches ein Parameter, der eine Information über die Ionisierung der Gasentladungsstrecke enthält, auf der Primärseite der Zündanlage erfaßt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Primärseite der Zündanlage der Ladestrom einer Zündspule (19) der Zündanlage erfaßt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanstieg durch die Zündspule (19) erfaßt wird, und daß ein vorgegebener steiler Stromanstieg als Kriterium für eine erfolgte Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches herangezogen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanstieg durch die Zündspule durch Messung der Zeit vom Beginn des Stromflusses durch die Zündspule (19) bis zum Erreichen einer vorgegebenen Stromamplitude erfaßt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zündfunken mittels einer Hochfrequenz-Wechselstromzündanlage erzeugt werden, und die beiden Zündfunken jeweils aus mehreren, mindestens aber aus zwei Teilfunken (I1A, I1B, I2A, I2B) bestehen, daß die Zündspannungen (U1A, U1B, U2A, U2B) oder ein ihr proportionaler Wert, der jeweils zuerst auftretenden Teilfunken erfaßt werden, und daß aus diesen beiden Werten die Differenz (U) gebildet und als Kriterium für eine erfolgte Entflammung herangezogen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden zu einem Zündimpuls (I1, 12) gehörenden Teilimpuls (I1A, I1B, I2A, I2B) die zugehörige Zündspannung (U1A, U1B, U2A, U2B) oder ein ihr proportionaler Wert erfaßt wird, daß jeweils deren Differenz (dU) gebildet wird, und daß aus dieser Differenz abgeleitet wird, ob sich ein Zündfunke ausgebildet hat.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Werten von dU und U geschlossen wird, ob eine Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemischs nicht stattgefunden hat, weil sich kein Zündfunke ausgebildet hat, oder weil kein Kraftstoff im Brennraum vorhanden war.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als proportionaler Wert für die Zündspannung die Stromflußzeiten durch die Zündspule der Zündanlage erfaßt und ausgewertet werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß, falls keine Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemischs stattgefunden hat, ein Signal an eine Steuereinheit gesendet wird, die Zufuhr des Luft-Krafstoff-Gemischs an den entsprechenden Brennraum verhindert und dem Fahrer der Brennkraftmaschine ein entsprechendes Signal übermittelt wird.
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