WO1994003724A1 - Folgefunkenzündanlage für brennkraftmaschinen mit spezieller regelung für den letzten folgezündfunken - Google Patents

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

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Walter Gollin
Karlheinz Riedel
Christian Zimmermann
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/08—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having multiple-spark ignition, i.e. ignition occurring simultaneously at different places in one engine cylinder or in two or more separate engine cylinders
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    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
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    • F02P3/0453—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F02P3/0456—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques

Definitions

  • the invention is based on an ignition system for internal combustion engines, according to the preamble of the main claim.
  • An ignition system for internal combustion engines for generating secondary spark ignitions from DE-PS 23 40 865 is already known.
  • a secondary spark ignition is an ignition at the target ignition timing calculated by the control unit, the spark of which, however, is not allowed to burn out completely. Rather, the coil is recharged using the residual energy and ignites again. This process is repeated until the spreadability limit is reached.
  • the distributability limit is the crankshaft angle, which the ignition point of the last ignition may not exceed a subsequent spark ignition, since there is otherwise the risk that the ignition spark will fall into the exhaust cycle when the high-voltage distribution is at rest or that the available high voltage will reach the spark plug when the high-voltage distribution is rotating next cylinder is given. In both cases, this would adversely affect the driving behavior of the internal combustion engine. For this reason, the charging process for the last individual ignition of a subsequent spark ignition was previously interrupted when the distributability limit was reached.
  • the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that, in addition to the distributability limit, a further crankshaft angle is introduced, which is obtained by subtracting the closing angle belonging to a charging process of a single ignition from the angle of the distributability limit. This ensures that the charging process of the last individual ignition of the subsequent spark ignition can be completed in any case, so that the stored energy is sufficient to trigger an ignition spark. The triggering of a charging process, which would then be interrupted when the distributability limit was reached, regardless of how fully the coil is charged, is now avoided. This means that there is no unnecessary loss of energy.
  • the control unit of the internal combustion engine can also adapt the closing time of each individual ignition of the subsequent spark ignition according to the conditions of the internal combustion engine by detecting the supply voltage, so that here too the primary current is only switched off when the energy stored in the ignition coil triggers a spark on the spark plug under normal operating conditions.
  • FIG. 1 shows the basic structure of an ignition system
  • Figure 2 schematically Charging processes of the individual ignitions of a subsequent spark ignition over the corresponding time range or the range of the crankshaft angle in which the subsequent spark ignition takes place
  • FIG. 3 schematically shows the charging processes of the individual ignitions with different supply voltages.
  • FIG. 1 shows the basic structure of an ignition system of an internal combustion engine, not shown.
  • a control unit 1 detects, for example, a microprocessor, various operating parameters of the internal combustion engine, such as speed n, pressure p, supply voltage U, temperature T, etc., as input variables 2 in order to determine the ignition timing ZZP on this basis.
  • the ignition transistor 4 is activated via a connection 3 of the control unit 1 to switch the current flow in the ignition coil 5 on and off.
  • the ignition transistor 4 is connected on the collector side to the supply voltage U via a series circuit with the primary winding 6.
  • the ignition transistor 4 On the emitter side, the ignition transistor 4 is connected to ground via a current shunt 7. Between the emitter of the ignition transistor and the current shunt 7 there is a tap 8, from which a voltage proportional to the primary current I is detected via a connection 9 in the control unit 1 during the control of the control transistor 4.
  • FIG. 2 shows the time course of the primary current I during the individual ignitions EZ of a subsequent spark ignition FFZ over the range of the crankshaft angle in which the secondary spark ignition is triggered.
  • the course of the primary current can also be viewed over time t, for example in relation to top dead center OT.
  • the first unit EZ1 is triggered by the control unit. It is possible by recording the Primary current I in the control unit to trigger the ignition only when a predeterminable maximum value I is reached. This is
  • the distributability limit VG is entered on the crankshaft angle or time axis, at which point the secondary spark ignition FFZ is interrupted in any case in order to prevent the ignition system from being destroyed.
  • the distributability limit VG is 18 ° crankshaft angle after top dead center TDC.
  • the dashed line 10 symbolizes the charging process AL of the last individual spark ignition, as has been carried out up to now. It can be clearly seen here that the charging process AL is not sufficient to achieve a predetermined value for the primary current I, so 3 max that an ignition spark is produced under normal operating conditions.
  • the charging process of a single ignition is dependent, for example, on the parameters of the ignition coil or the current operating conditions.
  • the charging process of the first individual ignition is here about 5 ms and the charging process of the subsequent individual firings ALI is 2 ms.
  • the charging process of the first individual ignition EZ1 of a subsequent spark ignition FFZ is longer than the charging process AL of the subsequent individual ignition. This fact is due to the fact that, under normal conditions, no residual energy is present in the ignition coil during the charging process of the first single ignition EZ1, while in the subsequent individual ignitions the ignition spark does not completely burn out when the ignition coil is switched on again, and so residual energy is still stored in the ignition coil . Therefore, in addition to the distributability limit VG, another limit value 11 is introduced, which is determined by subtracting a charging process AL from the distributability limit VG.
  • a charging process on the coil which has already been initiated at this point 11 is still being completed and is still being ignited. However, if charging has not yet started, ie if the additional limit 11 coincides with the open time, which is, for example, 15 us, no charging, ie no single ignition EZ, is started. It follows from this that the last individual ignition EZ of a subsequent spark ignition FFZ is carried out with the maximum possible spark energy - in the example according to FIG. 2 this is the single ignition EZ4.
  • Supply voltage U must also be taken into account when determining the duration of the charging process AL.
  • FIGS 3a, 3b and 3c show the course of the primary current I for
  • FIG. 3a the primary current profile with a high supply voltage U (large), in FIG. 3b with a medium supply B
  • FIG. 3a to 3c shows the course of the primary current of three individual ignitions. It can be seen that the
  • FIG. 3a shows that the primary current I before the end of the
  • control device 1 detects the supply voltage and calculates a correspondingly adapted charging time for the individual ignition.

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Abstract

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

Description

Fol gefunkenzündanl age für Brennkraftmaschi nen mi t spezi el l er Regel ung für l etzten Fol gezündfun ken
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen zur Erzeugung von Folgefunkenzündungen aus der DE-PS 23 40 865 bekannt. Eine Folgefunkenzündung ist eine Zün¬ dung zum vom Steuergerät berechneten Sollzündzeitpunkt, deren Funken man jedoch nicht ganz ausbrennen laßt. Vielmehr wird die Spule unter Ausnutzung der Restenergie neu aufgeladen und zündet nochmals. Die¬ sen Vorgang wiederholt man solange, bis die Verteilbarkeitsgrenze erreicht ist. Die Verteilbarkeitsgrenze ist der Kurbelwellenwinkel, den der Zündzeitpunkt der letzten Zündung eine Folgefunkenzündung nicht überschreiten darf, da sonst die Gefahr besteht, daß der Zünd¬ funken bei ruhender Hochspannungsverteilung in den Auslaßtakt fällt oder daß die zur Verfügung stehende Hochspannung bei rotierender Hochspannungsverteilung an die Zündkerze des nächsten Zylinders gegeben wird. In beiden Fällen würde dieses das Fahrverhalten der Brennkraftmaschine negativ beeinträchtigen. Deshalb wurde bisher der Aufladevorgang der letzten Einzelzündung einer Folgefunkenzündung bei Erreichen der Verteilbarkeitsgrenze unterbrochen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß zusätzlich zur Ver¬ teilbarkeitsgrenze ein weiterer Kurbelwellenwinkel eingeführt wird, welcher sich durch eine Subtraktion des zu einem Aufladevorgang einer Einzelzündung gehörenden Schließwinkel von dem Winkel der Ver¬ teilbarkeitsgrenze ergibt. Damit ist sichergestellt, daß der Auf- ladevorgang der letzten Einzelzündung der Folgefunkenzündung auf jeden Fall zu Ende geführt werden kann, so daß die gespeicherte Energie ausreichend für das Auslösen eines Zündfunkens ist. Das Aus¬ lösen eines Aufladevorganges, der dann beim Erreichen der Verteil¬ barkeitsgrenze unterbrochen werden würde, unabhängig davon, wie voll die Spule geladen ist, wird nunmehr vermieden. Das bedeutet, daß keine unnötigen Energieverluste auftreten. Gleichzeitig wird sicher¬ gestellt, indem der Primärstrom in der Zündspule erfaßt wird, daß ein Abschalten des Primärstromes nur erfolgt, wenn die gespeicherte Energie ausreicht, um bei normalen Bedingungen einen Zündfunke aus¬ zulösen. Das Steuergerät der Brennkraftmaschine kann weiterhin durch Erfassung der Versorgungsspannung die Schließzeit jeder Einzelzün¬ dung der Folgefunkenzündung entsprechend den Bedingungen der Brenn¬ kraftmaschine anpassen, so daß auch hier ein Abschalten des Primär¬ stromes erst durchgeführt wird, wenn die in der Zündspule gespei¬ cherte Energie unter normalen Betriebsbedingungen einen Zündfunken an der Zündkerze auslöst.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den Prinzipaufbau einer Zündanlage, Figur 2 schematisch die Aufladevorgänge der einzelnen Zündungen einer Folgefunkenzundung über den entsprechenden Zeitbereich bzw. den Bereich des Kurbel¬ wellenwinkels, in welchem die Folgefunkenzundung stattfindet und Figur 3 schematisch die Aufladevorgänge der Einzelzündungen bei un¬ terschiedlicher Versorgungsspannung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt den Prinzipaufbau einer Zündanlage einer nicht darge¬ stellten Brennkraftmaschine. Hierbei erfaßt ein Steuergerät 1 bei¬ spielsweise ein Mikroprozessor verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wie beispielsweise Drehzahl n, Druck p, Versor¬ gungsspannung U , Temperatur T usw. als Eingangsgrößen 2, um auf dieser Grundlage den Zündzeitpunkt ZZP zu bestimmen. Über eine Ver¬ bindung 3 des Steuergerätes 1 wird der Zündtransistor 4 zum Ein- und Ausschalten des Stromflusses in der Zündspule 5 angesteuert. Der Zündtransistor 4 ist kollektorseitig über eine Reihenschaltung mit der Primärwicklung 6 mit der VersorgungsSpannung U verbunden.
B
Emitterseitig ist der Zundtransistor 4 über einen Stromshunt 7 mit Masse verbunden. Zwischen dem Emitter des Zündtransistors und dem Stromshunt 7 ist ein Abgriff 8, von welchem über eine Verbindung 9 im Steuergerät 1 eine dem Primärstrom I proportionale Spannung während der Ansteuerung des Steuertransistors 4 erfaßt wird.
Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Primärstromes I während der Einzelzündungen EZ einer Folgefunkenzundung FFZ über den Bereich des Kurbelwellenwinkels, in welchem die Folgefunkenzundung ausgelöst wird. Analog dazu kann man den Verlauf des Primärstromes auch über die Zeit t beispielsweise bezogen auf den oberen Totpunkt OT be¬ trachten. Nach Erreichen des Zündzeitpunktes ZZP beispielsweise 10° Kurbelwellenwinkel vor OT wird vom Steuergerät die erste Einzelzün¬ dung EZ1 ausgelöst. Dabei ist es möglich, durch die Erfassung des Primärstromes I im Steuergerät die Zündung erst bei Erreichen eines vorσebbaren Maximalwertes I auszulösen. Damit ist sicher-
3 max gestellt, daß die in der Zündspule gespeicherte Energie unter nor¬ malen Betriebsbedingungen für einen Zündfunken ausreichend ist. Nach der Unterbrechung des Aufladevorganges AL der ersten Einzelzündung EZl brennt der Zündfunke bis zum Wiedereinschalten des Zündspulen- stromes für die zweite Einzelzündung EZ2. Dieser Vorgang wird im Ausführungsbeispiel vier mal wiederholt, so daß sich die Folgefun¬ kenzundung FFZ aus vier Einzelzündungen EZl bis EZ4 zusammensetzt.
Auf der Kurbelwellenwinkel- bzw. Zeitachse ist die Verteilbarkeits¬ grenze VG eingetragen, zu welchem die Folgefunkenzundung FFZ auf jedem Fall unterbrochen wird, um eine Zerstörung der Zündanlage zu verhindern. Die Verteilbarkeitsgrenze VG liegt im Ausführungsbei- spiel bei 18° Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt OT. Die gestrichelte Linie 10 symbolisiert den Aufladevorgang AL der letzten Einzelfunkenzündung, wie er bisher durchgeführt wurde. Hierbei ist klar zu erkennen, daß der Aufladevorgang AL nicht ausreicht, um einen vorgegebenen Wert des Primärstromes I zu erreichen, so 3 max daß ein Zündfunke unter normalen Betriebsbedingungen entsteht. Der Aufladevorgang einer Einzelzündung ist beispielsweise abhängig von den Parametern der Zündspule bzw. den momentanen Betriebsbedingun¬ gen. Der Aufladevorgang der ersten Einzelzündung beträgt hier ca. 5 ms und der Aufladevorgang der darauffolgenden Einzelzündungen ALI beträgt 2 ms. Der Aufladevorgang der ersten Einzelzündung EZl einer Folgefunkenzundung FFZ ist länger als der Aufladevorgang AL der darauffolgenden Einzelzündungen. Diese Tatsache ist dadurch bedingt, daß beim Aufladevorgang der ersten Einzelzündung EZl unter normalen Bedingungen keine Restenergie in der Zündspule vorhanden ist, während bei den darauffolgenden Einzelzündungen der Zündfunke durch das Wiedereinschalten der Zündspule der Zündfunke nicht ganz ausbrennt und so noch Restenergie in der Zündspule gespeichert ist. Deshalb wird zusätzlich zur Verteilbarkeitsgrenze VG ein weiterer Grenzwert 11 eingeführt, welcher durch eine Subtraktion eines Auf¬ ladevorganges AL von der Verteilbarkeitsgrenze VG bestimmt wird. Ein an dieser Stelle 11 bereits eingeleiteter Aufladevorgang an der Spule wird noch zu Ende gebracht und es wird noch gezündet. Ist aber noch keine Aufladung begonnen worden, d.h., fällt die zusätzliche Grenze 11 mit der Offenzeit, die z.B. 15 us beträgt, zusammen, wird keine Aufladung, also keine Einzelzündung EZ, mehr gestartet. Daraus ergibt sich, daß auch die letzte Einzelzündung EZ einer Fol¬ gefunkenzundung FFZ mit der maximal möglichen Funkenenergie ausge¬ führt wird - im Beispielsfall nach Figur 2 ist das die Einzelzündung EZ4.
Der Anstieg des Primärstroms I und damit die in der Zündspule ge¬ speicherte Energie ist abhängig von den Parametern der Zündspule und auch von der Versorgungsspannung U . Deshalb ist es sinnvoll die
B
Versorgungsspannung U bei der Bestimmung der Dauer des Auflade¬ vorgangs AL mit zu berücksichtigen.
Figur 3a, 3b und 3c zeigen den Verlauf des Primärstromes I für
Einzelzündungen EZ in Abhängigkeit der Versorgungsspannung U ,
B wobei in Figur 3a der Primärstromverlauf bei hoher Versor¬ gungsspannung U (large), in Figur 3b bei mittlerer Versorgungs- B
Spannung U_ (medium) und Figur 3c bei kleiner Versorgungsspannung B
U (small) dargestellt ist. Der Anstieg des Primärstroms I bei gleicher Versorgungsspannung TJ ist für alle Aufladevorgänge AL mit dieser Versorgungsspannung gleich.
Jede der Figuren 3a bis 3c zeigt den Verlauf des Primärstroms von jeweils drei Einzelzündungen. Dabei ist zu erkennen, daß bei den
Einzelzündungen der Figur 3a, also bei großer VersorgungsSpannung
U (larσe), ein vorgebbarer Maximalwert des PrimärStromes I B max bereits in einer kürzeren Zeit t als vorgegeben (AL) erreicht ist, als bei den Einzelzündungen der Figur 3b, während der Maximalwert
I des Primärstromes I bei zu niedriger VersorgungsSpannung
U (small) - wie in Figur 3c erkennbar - bei fest vorgegebener
Aufladezeit AI gar nicht erreicht wird. Die zweite Einzelzündung der
Figur 3a zeigt, daß der Primärstrom I bereits vor dem Ende des
Aufladevorgangs AL den Maximalwert I für eine Zündung unter normalen Betriebsbedingungen erreicht hat. Um unnötige Verluste zu vermeiden, könnte vom Steuergerät bereits eine Unterbrechung des
Aufladevorgangs bei Erreichen des Maximalwertes I also bei max
I = 1 ausgelöst werden. So zeigt beispielsweise die dritte p max
Einzelzündung der Figur 3a einen verkürzten Aufladevorgang.
Um die vorgenannten Unzulänglichkeiten auszuschließen, wird vom Steuergerät 1 jeweils die VersorgungsSpannung erfaßt und eine ent¬ sprechend angepaßte Aufladezeit für die Einzelzündung berechnet.

Claims

Ansprüche
1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Steuergerät zum Steuern des Stromflusses in mindestens einer Zündspule, mit Mitteln zur Erfassung des Kurbelwellenwinkels sowie mit Mitteln zur Erfas¬ sung des Primärstroms der Zündspule, wobei das Steuergerät zum Zünd¬ zeitpunkt durch mehrmaliges aufeinanderfolgendes Ein- und Ausschal¬ ten des Primärstromes mittels einer Zundendstufe mehrere Einzelzün¬ dungen einer Folgefunkenzundung auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelzündungen (EZ) einer jeden Folgefunkenzundung (FFZ) nur bis zu einer vorgegebenen Verteilbarkeitsgrenze (VG) des Kurbelwel¬ lenwinkels stattfinden, und daß der Beginn des Aufladevorganges (AL) der letzten Einzelzündung vor dem Erreichen der Verteilbarkeits¬ grenze (VG) abzüglich der Schließzeit der Zündendstufe (4) für einen zu einer Einzelzündung (EZ) gehörenden Aufladevorgang (AL) liegt.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver¬ teilbarkeitsgrenze der Punkt des Kurbelwellenwinkels ist, ab welchem der Zündfunke bei rotierender Verteilung in dem gemäß der Zündfolge darauffolgenden Zylinder bzw. bei ruhender Verteilung im Ausstoßtakt dieses Zylinders auftreten würde.
3. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf¬ ladevorgang (AL) jeder Einzelzündung (EZ) vorzugsweise erst bei Er¬ reichen eines vorgebbaren Referenzwertes (I ) des Primärstroms
' max
(I ) unterbrechbar ist. P
4. Zündanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließzeit bzw. der Aufladevorgang (AL) für eine Einzelzündung (EZ) vom Steuergerät (1) in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung
(U ) festlegbar ist, wobei die Schließzeiten bei kleiner Versor- gungsspannung größer und bei großer Versorgungsspannung kleiner sind.
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