EP1199470B1 - Zündsystem mit einer Zündspule - Google Patents

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EP1199470B1
EP1199470B1 EP01123820A EP01123820A EP1199470B1 EP 1199470 B1 EP1199470 B1 EP 1199470B1 EP 01123820 A EP01123820 A EP 01123820A EP 01123820 A EP01123820 A EP 01123820A EP 1199470 B1 EP1199470 B1 EP 1199470B1
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ignition
voltage
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pulse width
current
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Markus Kraus
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Innio Jenbacher GmbH and Co OG
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GE Jenbacher GmbH and Co OHG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
    • F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/05—Layout of circuits for control of the magnitude of the current in the ignition coil
    • F02P3/051—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices

Definitions

  • the present invention relates to an ignition system with an ignition coil, the primary side of a high-frequency source (RF source) is fed, wherein the output from the RF source voltage is pulse width modulated and / or means for detecting the secondary current (actual value) is provided.
  • RF source high-frequency source
  • the peak value of the current flowing in the spark plug or secondary circuit at the time of ignition or shortly thereafter is compared with a target value by means of a regulation of the closing time. If the peak value is higher or lower than the setpoint value due to any cause - gear ratio or quality of the ignition coil, plug or cable condition, etc. - the closing time of the primary circuit will be shortened or extended accordingly.
  • Modern ignition systems are no longer content to give off a spark, but want to design the course of the spark for each individual spark in order to achieve optimized combustion. It is already known to use a high-frequency source as the primary-side supply for an ignition coil and to pulse-width-modulate the voltage delivered by the high-frequency.
  • JP 55060664 A From the scriptures JP 55060664 A .
  • JP 53090531 A such as JP 01008357 A
  • ignition control devices are known in which the primary-side feed signal is regulated as a function of secondary-side measuring signals. So will in the JP 55060664 A then a control made on the primary side, if the secondary-side current is smaller than a pre-defined threshold.
  • JP 5309031 A is used as a control variable, the secondary-side current and the burning time.
  • a pulse width control circuit is provided to regulate the primary-side switching operations on the basis of a secondary-side tapped output signal.
  • an ignition system with the features of claim 1.
  • the control device detects the actual value of the current during the spark and then influences the emitted current via the pulse width modulation in such a way that the setpoint course in the current amplitude is substantially maintained.
  • the voltage regulation is designed such that it limits the secondary-side ignition voltage to a maximum value. With such a control, it is particularly possible to achieve a voltage limitation of the secondary-side ignition voltage.
  • the Fig. 1 to 4 each show different embodiments of an ignition system according to the invention.
  • ignition system is the spark plug with 1 and the ignition coil 2.
  • This ignition coil has a secondary circuit 2b and a primary circuit 2a.
  • the primary circuit is fed by a high frequency source 3, which outputs a pulse width modulated voltage, typically in the range of 50 to 100 kH on the line 4.
  • a current setpoint curve can be freely specified, as he, for example, in Fig. 5 in the second diagram is shown (I soll ).
  • the output on the line 4 primary-side voltage (shown without ignition of the spark) is pulse width modulated and in Fig. 5 represented as U PRIMAR .
  • the resulting, secondary-side high voltage U HS is in the fourth diagram of Fig. 5 shown.
  • the secondary-side current I HS results from the last diagram of the Fig. 5 ,
  • a device 6 for detecting the secondary-side current for example, realized as a measuring shunt.
  • the secondary-side actual value of Transmit current to the control device 8, which emits a control signal to the RF source on the line 9.
  • This control signal 9 essentially indicates the pulse width, with the then the RF source at a predetermined, preferably adjustable frequency on line 4 outputs the actual primary voltage to the ignition coil 2.
  • a voltage limiting control instead of the current control of Fig. 1 a voltage limiting control provided.
  • this device 11 for detecting the secondary-side voltage.
  • this device 11 is a connection node for the line 7 '.
  • This signal enters a control device 10, which specifies a comparison with a voltage maximum value. If this is exceeded, there is a signal on line 12 to the control device 8, which leads to a reduction of the pulse width and thus to a reduction of the secondary-side voltage.
  • the current regulation of the Fig. 1 with the voltage limiting control of Fig. 2 can also be combined, wherein for the current control, a first controller 8 and for the voltage limiting control, a second controller 8 'is provided.
  • a trigger input 14 is additionally provided via a logical round gate 13, which determines the beginning and the end of a spark.
  • the trigger signal T is in Fig. 5 shown as topmost illustration.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zündsystem mit einer Zündspule, die primärseitig von einer Hochfrequenzquelle (HF-Quelle) gespeist wird, wobei die von der HF-Quelle abgegebene Spannung pulsweitenmoduliert ist und/oder eine Einrichtung zum Erfassen des sekundärseitigen Stromes (Istwert) vorgesehen ist.
  • In der EP 0 547 258 A1 wird der Spitzenwert des im Zündkerzen- oder Sekundärstromkreis zum Zündzeitpunkt oder kurz danach fließenden Stromes mittels einer Regelung der Schließdauer mit einem Sollwert verglichen. Ist der Spitzenwert infolge irgendeiner Ursache - Übersetzungsverhältnis oder Qualität der zündspule, Kerzen- oder Kabelzustand, usw. - höher oder niedriger als der vorgegebene Sollwert, so wird die Schließdauer des Primärstromkreises entsprechend verkürzt oder verlängert.
  • Moderne Zündsysteme begnügen sich nicht mehr damit, einen Zündfunken abzugeben, sondern wollen den Verlauf des Zündfunkens für jeden einzelnen Zündfunken gestalten, um eine optimierte Verbrennung zu erzielen. Es ist bereits bekannt, als primärseitige Versorgung für eine Zündspule eine Hochfrequenzquelle zu verwenden und die von der Hochfrequenz abgegebene Spannung pulsweiten zu modulieren.
  • Aus den Schriften JP 55060664 A , JP 53090531 A sowie JP 01008357 A sind darüber hinaus Zündregeleinrichtungen bekannt, bei denen das primärseitige Einspeisesignal in Abhängigkeit von sekundärseitigen Meßsignalen geregelt wird. So wird in der JP 55060664 A dann primärseitig eine Regelung vorgenommen, wenn der sekundärseitige Strom kleiner als ein vorab definierter Schwellwert ist. In der JP 5309031 A wird als Regelgröße die sekundärseitige Stromstärke und die Brenndauer herangezogen. In der JP 01008357 A ist ein Pulsweitenregelkreis vorgesehen, um die primärseitigen Schaltvorgänge auf der Basis eines sekundärseitigen abgegriffenen Ausgangssignals zu regeln.
  • Erfindungsgemäß soll nun die Möglichkeit gegeben sein, den Verlauf des Zündfunkens frei vorgebbar zu gestalten.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch ein Zündsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Man kann in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündsystems einen Sollwert-Verlauf für den Zündstrom während eines Zündfunkens vorgeben. Die Regeleinrichtung erfaßt während des Zündfunkens den lstwert des Stromes und beeinflußt dann über die Pulsweitenmodulation den abgegebenen Strom derart, daß der Sollwertverlauf in der Stromamplitude im Wesentlichen eingehalten wird.
  • Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, daß die Spannungsregelung derart ausgelegt ist, daß sie die sekundärseitige Zündspannung auf einen Maximalwert begrenzt. Mit einer solchen Regelung ist es insbesondere möglich, eine Spannungsbegrenzung der sekundärseitigen Zündspannung zu erzielen.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.
  • Die Fig. 1 bis 4 zeigen jeweils verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Zündsystems. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Zündsystem ist die Zündkerze mit 1 und die Zündspule mit 2 bezeichnet. Diese Zündspule weist einen Sekundärkreis 2b und einen Primärkreis 2a auf. Der Primärkreis wird von einer Hochfrequenzquelle 3 gespeist, die eine pulsweitenmodulierte Spannung, typischerweise im Bereich von 50 bis 100 kH auf der Leitung 4 abgibt. Auf der Leitung 5 kann ein Stromsollwert-Verlauf frei vorgegeben werden, wie er beispielsweise in Fig. 5 im zweiten Diagramm gezeigt ist (Isoll). Die auf der Leitung 4 abgegebene primärseitige Spannung (dargestellt ohne Zündung des Zündfunkens) ist pulsweitenmoduliert und in Fig. 5 als UPRIMAR dargestellt. Die sich ergebende, sekundärseitige Hochspannung UHS ist im vierten Diagramm der Fig. 5 dargestellt. Der sekundärseitige Strom IHS ergibt sich aus dem letzten Diagramm der Fig. 5.
  • Erfindungsgemäß ist nun gemäß Fig. 1 auf der Sekundärseite 2b der Zündspule 2 eine Einrichtung 6 zur Erfassung des sekundärseitigen Stromes vorgesehen (beispielsweise realisiert als Meß-Shunt). Über die Leitung 7 wird dann der sekundärseitige Istwert des Stromes an die Regeleinrichtung 8 übertragen, die auf der Leitung 9 ein Steuersignal an die HF-Quelle abgibt. Dieses Steuersignal 9 gibt im Wesentlichen die Pulsweite an, mit der dann die HF-Quelle bei einer vorgegebenen, vorzugsweise einstellbaren Frequenz auf Leitung 4 die tatsächliche Primärspannung an die Zündspule 2 abgibt.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle der Stromregelung der Fig. 1 eine Spannungsbegrenzungsregelung vorgesehen. Dazu gibt es eine Einrichtung 11 zur Erfassung der sekundärseitigen Spannung. Es handelt sich bei dieser Einrichtung 11 im einfachsten Fall um einen Anbindungsknoten für die Leitung 7'. Dieses Signal gelangt in eine Regeleinrichtung 10, die einen Vergleich mit einem Spannungsmaximalwert vorgibt. Wenn dieser überschritten wird, gibt es auf Leitung 12 ein Signal an die Regeleinrichtung 8, was zu einer Reduzierung der Pulsweite und damit zu einer Reduzierung der sekundärseitigen Spannung führt.
  • Wie die Fig. 3 zeigt, kann die Stromregelung der Fig. 1 mit der Spannungsbegrenzungsregelung der Fig. 2 auch kombiniert werden, wobei für die Stromregelung ein erster Regler 8 und für die Spannungsbegrenzungsregelung ein zweiter Regler 8' vorgesehen ist.
  • Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist noch zusätzlich über ein logisches Rundgatter 13 ein Triggereingang 14 vorgesehen, der den Beginn und das Ende eines Zündfunkens festlegt. Das Triggersignal T ist in Fig. 5 als oberste Darstellung gezeigt.

Claims (5)

  1. Zündsystem mit einer Zündspule (2), die primärseitig von einer Hochfrequenzquelle (HF-Quelle3) gespeist wird, wobei die von der HF-Quelle (3) abgegebene Spannung pulsweitenmoduliert ist und eine Einrichtung (6) zum Erfassen des sekundärseitigen Strom-Istwerts vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (8) vorgesehen ist, die die Pulsweite in Abhängigkeit vom erfassten Istwert des Stromes auf der Sekundärseite (2b) der Zündspule (2) und von einem vorgegebenen Sollwert-Verlauf der Stromamplitude während eines Zündfunkens regelt.
  2. Zündsystem mit einer Zündspule (2), die primärseitig von einer Hochfrequenzquelle (HF-Quelle, 3) gespeist wird, wobei die von der HF-Quelle (3) abgegebene Spannung pulsweitenmoduliert ist und eine Einrichtung (11) zum Erfassen des sekundärseitigen Zündspannung-Istwerts vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (10) vorgesehen ist, die die Pulsweite in Abhängigkeit vom erfassten Istwert der sekundärseitigen Spannung und von einem vorgebbaren Spannungssollwert regelt.
  3. Zündsystem nach Anspruch 1 und Anspruch 2.
  4. Zündsystem nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsregelung derart ausgelegt ist, daß sie die sekundärseitige Zündspannung auf einen Maximalwert begrenzt.
  5. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der HF-Quelle (3) auf die Resonanzfrequenz des Zündkreises abgestimmt ist.
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