EP0969204A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Beststimmung der Durchbruchspannung bei der Zündung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Beststimmung der Durchbruchspannung bei der Zündung einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0969204A2
EP0969204A2 EP99110438A EP99110438A EP0969204A2 EP 0969204 A2 EP0969204 A2 EP 0969204A2 EP 99110438 A EP99110438 A EP 99110438A EP 99110438 A EP99110438 A EP 99110438A EP 0969204 A2 EP0969204 A2 EP 0969204A2
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voltage
breakdown
ignition
time
breakdown voltage
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EP99110438A
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Heinz Baumberger
Ingo Gabriel
Peter Hohner
Hartung Wilstermann
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Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/58Testing
    • H01T13/60Testing of electrical properties
    • 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
    • F02P17/00Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current

Definitions

  • the invention relates to a method according to the generic Features of claim 1 and a device according to the Generic features of claim 3.
  • DE 27 52 244 A1 describes a method and a device for checking electrical ignitions. For quick Checking the components in their operational position the time course of the voltage on the primary side and / or measured on the secondary side. Because of the time course the voltage is, for example, on the electrode gap or inferred about moisture in the distributor. One too fast Current drop shows that the electrodes are too far apart corresponding to an electrode erosion. A slow power drop on the other hand indicates an electrode gap that is too small. The The voltage profile in the secondary winding can also be caused by the Decay of the voltage in the primary winding can be measured.
  • DE 30 41 498 A1 and DE 40 37 071 A1 propose to detect the breakthrough time on ignition and depending on the condition of the ignition system.
  • DE 30 41 498 A1 becomes a negative one at the time of ignition Flank generated by a coupling capacitor and a Comparator resets a flip-flop. The comparator is used for Detection of this negative impulse. The decoupling of the ignition signal takes place on the primary side.
  • DE 40 37 071 A1 is the period of time between the rise in primary voltage the ignition coil and the drop in current in one Limiter circuit passes, inferred about the quality of the ignition system. To do this, the time of the rise of the primary voltage the ignition coil by turning off the switching transistor in the area of the ignition timing, and the Time of current decrease in the limiter circuit, that is caused by the sparkover at the time of ignition, determined.
  • DE 43 03 030 A1 discloses one method and one Device for monitoring the ignition behavior in capacitance-discharge ignition systems. This is used to ignite one Spark plug required ignition voltage from the duration of the current flow determined by the ignition coil primary winding. Since the coil coupling is low in AC ignitions, is a qualitative measurement of the current and / or voltage change not possible on the primary side of the ignition. With AC ignitions is therefore a direct measurement the breakdown voltage on the secondary side is a high voltage probe used. But a high voltage probe is expensive.
  • the object of the invention is therefore a cheap and simple Method for determining the breakdown voltage and thus for Provide engine diagnosis and to check the ignition system.
  • a major advantage of these designs is that that a voltage measurement is only carried out qualitatively.
  • the Breakdown voltage value is not measured directly, but due to the voltage measurement, only the breakthrough time certainly.
  • the Breakdown voltage determined more easily and precisely. This simplifies it any kind of checking the ignition system or the engine diagnosis, where the breakdown voltage is used as an indicator becomes. Because of their accuracy is qualitative Measurement of voltage or current is an advantage. Therefore the breakthrough time to breakthrough is determined. Because at the time of ignition the voltage at the electrodes of the spark plug breaks down and a large current flows, it comes at the time of ignition to a sharp drop in the voltage across the spark plug.
  • determining the breakdown voltage is both spark plug diagnosis in the cold test and in operation of the engine possible.
  • the engine tightness in the Cold test to be checked.
  • the combustion chamber pressure during cold test and engine operation The determination of the electrode distances and the testing of the spark plugs on insulator break with the determination of the breakdown voltage also possible.
  • the voltage is stepped up on the secondary side 2 by means of the transformer 4 to the breakdown voltage U z of the spark plug 3.
  • the spark plug 3 breaks through and the ignition current I z flows (see also FIG. 3).
  • the time t 0 from the zero crossing of the voltage until the breakdown time t 1 is reached .
  • a current or voltage measuring device 5 on the low voltage side on the secondary side 2 of the ignition.
  • Another possibility is, for example, a current or voltage measurement at measuring point MPC on the primary side 1. At the time of the breakdown, there is an abrupt change in voltage. This change in voltage and thus the time t 1 can be clearly detected.
  • the voltage measurement does not provide the exact breakdown voltage U z .
  • the voltage drop across resistor R 1 can be measured at measuring point MPA.
  • Another way of detecting the breakthrough time t 1 is the measurement during the breakthrough at the measuring point MPB.
  • a large current flows during the breakdown, which can be measured at the measuring point MPB.
  • the Zener diode Z 1 and Z 2 breaks down and a current flows through the resistor R 2 .
  • the voltage drop across resistor R 2 is measured. Since the exemplary embodiment is an AC voltage ignition, the voltage drop across the resistor R 2 is limited by two Zener diodes Z 1 for the positive and Z 2 for the negative half-wave of the AC voltage. In the case of DC voltage ignitions, a Zener diode is sufficient to limit the voltage across a resistor and thus to detect the breakdown time t 1 during the ignition.
  • Fig. 3 shows the characteristics of the spark plug 3 with and without a breakthrough, only the positive half-wave is shown for simplicity. With AC ignitions, a breakdown is also possible in the negative half-wave.
  • the upper diagram shows the time-dependent voltage characteristic.
  • the lower diagram shows the time-dependent current characteristic.
  • the dashed diagram above shows the characteristic curve without breakthrough.
  • the characteristic without breakthrough is obtained empirically by measurement or theoretically by calculation without a spark plug. This characteristic curve is used to determine the function value of the ignition voltage U z .
  • the zero crossing of the voltage U is defined as the function value U 0 / t 0
  • the breakdown is defined as the function value U z / t 1 .
  • the dark dashed line shows the voltage curve in the upper diagram and the current curve on the spark plug with breakdown in the lower diagram.
  • the voltage rises steadily from t 0 until the spark plug 3 breaks through at the breakdown instant t 1 .
  • the ignition current I z flows .
  • the breakdown voltage U z can be determined by comparison with the time-dependent voltage characteristic without breakdown.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Durchbruchspannung bei einer Zündung. Erfindungsgemäß wird der Durchbruchzeitpunkt detektiert und mit dem Durchbruchzeitpunkt die Durchbruchspannung bestimmt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 3.
Die DE 27 52 244 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen elektrischer Zündungen. Zur schnellen Prüfung der Bauelemente in ihrer betriebsmäßigen Lage wird der zeitliche Verlauf der Spannung auf der Primärseite und/oder auf der Sekundärseite gemessen. Aufgrund des zeitlichen Verlaufes der Spannung wird beispielsweise auf den Elektrodenabstand oder auf Feuchtigkeit im Verteiler geschlossen. Ein zu schneller Stromabfall zeigt einen zu großen Abstand der Elektroden entsprechend einem Elektrodenabbrand. Ein zu langsamer Stromabfall zeigt dagegen einen zu kleinen Elektrodenabstand an. Der Spannungsverlauf in der Sekundärwicklung kann auch durch das Abklingen der Spannung in der Primärwicklung gemessen werden. In der DE 30 41 498 A1 und der DE 40 37 071 A1 wird vorgeschlagen, bei der Zündung den Durchbruchzeitpunkt zu detektieren und abhängig davon auf den Zustand der Zündanlage zu schließen. In der DE 30 41 498 A1 wird zum Zeitpunkt der Zündung eine negative Flanke erzeugt, die über einen Koppelkondensator und einen Komparator ein Flip-Flop zurücksetzt. Der Komparator dient zur Erkennung dieses negativen Impulses. Die Auskopplung des Zündsignais erfolgt auf der Primärseite. In der DE 40 37 071 A1 wird aus der Zeitspanne, die zwischen dem Anstieg der Primärspannung der Zündspule und dem Absinken des Stromes in einer Begrenzerschaltung vergeht, auf die Güte der Zündanlage geschlossen. Hierzu werden der Zeitpunkt des Anstiegs der Primärspannung der Zündspule, der durch das Abschalten des Schalttransistors im Bereich des Zündzeitpunktes bedingt ist, und der Zeitpunkt des Absinkens des Stromes in der Begrenzerschaltung, das durch den Funkenüberschlag im Zündzeitpunkt bedingt ist, ermittelt. Die DE 43 03 030 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Zündverhaltens bei Kapazitätsentladungs-Zündsystemen. Hierbei wird die zum Zünden einer Zündkerze erforderliche Zündspannung aus der Dauer des Stromflusses durch die Zündspulen-Primärwicklung bestimmt. Da die Spulenkopplung bei Wechselspannungszündungen gering ist, ist aber ein qualitatives Messen der Strom- und/oder Spannungsänderung auf der Primärseite der Zündung nicht möglich. Bei Wechselspannungszündungen wird deshalb zur direkten Messung der Durchbruchspannung auf der Sekundärseite ein Hochspannungstastkopf verwendet. Ein Hochspannungstastkopf ist aber teuer.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher ein billiges und einfaches Verfahren zur Bestimmung der Durchbruchspannung und damit zur Motordiagnose sowie zur Prüfung der Zündanlage bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin, daß eine Spannungsmessung nur qualitativ durchgeführt wird. Der Wert der Durchbruchspannung wird nicht direkt gemessen, sondern aufgrund der Spannungsmessung wird nur der Durchbruchzeitpunkt bestimmt. Durch das Detektieren der Durchbruchzeit wird die Durchbruchspannung einfacher und genauer bestimmt. Dies vereinfacht jegliche Art des Prüfens der Zündanlage oder der Motor-diagnose, bei welcher die Durchbruchspannung als Indikator benutzt wird. Aufgrund ihrer Genauigkeit ist eine qualitative Messung der Spannung oder des Stromes von Vorteil. Daher wird die Durchbruchszeit bis zum Durchbruch bestimmt. Da am Zündzeitpunkt die Spannung an den Elektroden der Zündkerze durchbricht und ein großer Strom fließt, kommt es am Zündzeitpunkt zu einem starkem Abfall der Spannung an der Zündkerze. Da der Spannungsabfall zum Zündzeitpunkt sehr stark und damit genau bestimmt werden kann, ist insbesondere bei Wechselspannungszündungen von Vorteil, daß primärseitig eine Spannungsmessung einen aussagekräftigen Wert der Durchbruchzeit und damit der Durchbruchspannung liefert. Bei Wechselspannungszündungen kann aufgrund der geringen Spulenkopplung die Durchbruchspannung auf der Primärseite quantitativ nicht gemessen werden. Es ist aber möglich den abrupten Spannungsabfall zum Zündzeitpunkt mit Hilfe einer Spannungsmessung auf der Primärseite zu erkennen. Der Durchbruchzeitpunkt wird über den Spannungsabfall detektiert. Eine direkte Messung der Durchbruchspannung aus einer Spannungsmessung ist aber nicht möglich. Durch den Vergleich des detektierten Durchbruchzeitpunkts mit einem zuvor empirisch oder theoretisch ermittelten zeitabhängigen Spannungs-Kennfeld wird die Durchbruchspannung sehr genau bestimmt. Mit Hilfe der Durchbruchspannung können alle anderen Faktoren die von der Durchbruchspannung abhängen bestimmt werden. Hierzu gehören insbesondere die Prüfung der Zündanlage als auch die direkte Motordiagnose. Durch die Bestimmung der Durchbruchspannung ist sowohl eine Zündkerzendiagnose im Kalttest als auch im Betrieb des Motors möglich. Weiterhin kann die Motordichtigkeit im Kalttest geprüft werden. Außerdem kann der Brennraumdruck während des Kalttests und im Betrieb des Motors bestimmt werden. Die Bestimmung der Elektrodenabstände und die Prüfung der Zündkerzen auf Isolatorbruch sind mit der Bestimmung der Durchbruchspannung auch möglich.
Die Erfindung wird anhand eines von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
  • Fig. 1 ein Schaltbild einer Zündung;
  • Fig. 2 ein Schaltbild einer Meßeinrichtung und
  • Fig. 3 eine Kennlinie der Zündkerze mit und ohne Durchbruch.
  • In Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Wechselspannungszündung gezeigt. Die Erfindung ist aber auch für andere Zündungen geeignet, wie beispielsweise eine Gleichspannungszündung. Die Spannung wird auf der Sekundärseite 2 mit Hilfe des Transformators 4 auf die Durchbruchspannung Uz der Zündkerze 3 hochtransformiert. Bei Erreichen der Durchbruchspannung Uz bricht die Zündkerze 3 durch und es fließt der Zündstrom Iz (siehe auch Fig.3). Zur Bestimmung der Durchbruchspannung Uz wird die Zeit t0 vom Nulldurchgang der Spannung bis zum Erreichen der Durchbruchzeit t1 detektiert. Dies kann mit Hilfe einer Strom- oder Spannungs-Meßeinrichtung 5 niederspannungsseitig auf der Sekundärseite 2 der Zündung erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist beispielsweise eine Strom- oder Spannungsmessung an Meßpunkt MPC auf der Primärseite 1. Zum Zeitpunkt des Durchbruchs kommt es zu einer abrupten Spannungsänderung. Diese Spannungsänderung und damit der Zeitpunkt t1 ist eindeutig detektierbar. Die Spannungsmessung liefert dagegen nicht die genaue Durchbruchspannung Uz.
    In Fig. 2 ist das Schaltbild einer möglichen Ausführung der Meßeinrichtung 5 dargestellt. Am Meßpunkt MPA kann der Spannungsabfall am Widerstand R1 gemessen werden. Eine andere Art zur Detektierung der Durchbruchzeit t1 ist die Messung während des Durchbruchs an Meßpunkt MPB. Während des Durchbruchs fließt ein großer Strom, der am Meßpunkt MPB gemessen werden kann. Sobald die Spannung die Zenerdurchbruchspannung erreicht, bricht die Zenerdiode Z1 und Z2 durch und es fließt ein Strom durch den Widerstand R2. Es wird der Spannungsabfall am Widerstand R2 gemessen. Da das Ausführungsbeispiel eine Wechselspannungszündung ist, wird der Spannungsabfall am Widerstand R2 durch zwei Zenerdioden Z1 für die positive und Z2 für die negative Halbwelle der Wechselspannung begrenzt. Bei Gleichspannungszündungen genügt eine Zenerdiode zur Spannungsbegrenzung an einem Widerstand und damit zur Detektierung des Durchbruchzeitpunkts t1 während der Zündung.
    Fig. 3 zeigt die Kennlinien der Zündkerze 3 mit und ohne Durchbruch, wobei vereinfachend nur die positive Halbwelle dargestellt ist. Bei Wechselspannungszündungen ist ein Durchbruch auch in der negativen Halbwelle möglich. Das obere Schaubild zeigt die zeitabhängige Spannungs-Kennlinie. Das untere Schaubild zeigt die zeitabhängige Strom-Kennlinie. Das obere Schaubild zeigt gestrichelt die Kennlinie ohne Durchbruch. Die Kennlinie ohne Durchbruch wird empirisch durch Messung oder theoretisch durch Berechnung ohne Zündkerze erhalten. Diese Kennlinie dient zur Funktionswertbestimmung der Zündspannung Uz. Der Nulldurchgang der Spannung U wird als Funktionswert U0/t0 definiert, der Durchbruch wird als Funktionswert Uz/t1 definiert. Die dunkel gestrichelte Linie zeigt im oberen Schaubild den Spannungsverlauf und im unteren Schaubild den Stromverlauf an der Zündkerze mit Durchbruch. Die Spannung steigt ab t0 stetig an bis die Zündkerze 3 am Durchbruchzeitpunkt t1 durchbricht. Am Durchbruchzeitpunkt t1 fließt der Zündstrom Iz. Durch Bestimmen von t1 kann durch Vergleich mit der zeitabhängigen Spannungskennlinie ohne Durchbruch die Durchbruchspannung Uz bestimmt werden.

    Claims (6)

    1. Verfahren zur Bestimmung der Durchbruchspannung bei der Zündung einer Brennkraftmaschine,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Durchbruchzeitpunkt (t1) detektiert wird und mit dem Durchbruchzeitpunkt (t1) die Durchbruchspannung (Uz) bestimmt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß eine ohne Durchbruch bestimmte zeitabhängige Spannungs-Kennlinie als Referenz dient, mit welcher der detektierte Durchbruchzeitpunkt (t1) verglichen wird und die dazugehörige Durchbruchspannung (Uz) bestimmt wird.
    3. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Detektion des Durchbruchzeitpunktes (t1) durch eine zeitabhängige Strom- oder Spannungsmessung entweder auf der Primärseite (1) der Zündanlage an einem Meßpunkt (MPC') erfolgt, der an dem nicht mit der Versorgungsspannung verbundenen Anschluß der Zündspulenprimärwicklung liegt, oder auf der Sekundärseite der Zündanlage niederspannungsseitig an Meßpunkten (MPA, MPB) erfolgt.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß zur Detektion des Durchbruchzeitpunktes (t1) auf der Sekundärseite (2) der Zündanlage der Spannungsabfall an einem Widerstand (R1) gemessen wird.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß zur Detektion des Durchbruchzeitpunktes (t1) auf der Sekundärseite (2) der Zündanlage während der Zündung der Spannungsabfall über einem mittels Zenerdiode (Z) geschütztem Widerstand (R) gemessen wird.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß bei einer Wechselspannungszündung zur Detektion des Durchbruchzeitpunktes (t1) auf der Sekundärseite (2) während der Zündung der Spannungsabfall an einem mittels zweier Zenerdioden (Z1 und Z2) begrenztem Widerstand (R2) gemessen wird.
    EP99110438A 1998-07-02 1999-05-29 Verfahren und Vorrichtung zur Beststimmung der Durchbruchspannung bei der Zündung einer Brennkraftmaschine Withdrawn EP0969204A3 (de)

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    DE19829583 1998-07-02
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    Publication Number Publication Date
    EP0969204A2 true EP0969204A2 (de) 2000-01-05
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