WO2003060307A1 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung einer phase eines 4-takt-ottomotors - Google Patents

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WO2003060307A1
WO2003060307A1 PCT/DE2002/004729 DE0204729W WO03060307A1 WO 2003060307 A1 WO2003060307 A1 WO 2003060307A1 DE 0204729 W DE0204729 W DE 0204729W WO 03060307 A1 WO03060307 A1 WO 03060307A1
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voltage
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top dead
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PCT/DE2002/004729
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Inventor
Karl Ott
Helmut Binder
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for recognizing a phase of a 4-stroke motor.
  • phase position For engines whose injection valves are electronically controlled by an ECU (electronic control unit), it is necessary to determine the phase position when the internal combustion engine starts. Since a combustion cycle extends over two 360 ° revolutions of the crankshaft, the phase position determines whether the piston is in the compression stroke or in the exhaust stroke during the upward movement.
  • ECU electronic control unit
  • an additional sensor wheel can be provided on the camshaft or a run-out detection can be carried out.
  • Such systems require complex additional resources.
  • the phase can also be determined in a so-called double ignition method by fuel injection and ignition in the successive top dead centers. Every second ignition finds an ignitable fuel mixture. Depending on the phase position, the injection takes place as pre-storage in front of the closed intake valve or with the intake valve open in the intake stroke. In engines with intake manifold injection, however, an unburned mixture is never pushed into the catalytic converter. After the engine has started, other TDC detection methods can be used to switch to single ignition in the ZDC.
  • DE 198 17 447 describes a method and a device in which the crankshaft is rotated by a starter in a starting phase and a voltage is applied to the spark plug at every crankshaft rotation in the region of the respective top dead center without an injection.
  • the Paschen law is used for the detection of the phase, according to which the ignition voltage is higher the greater the pressure between the electrodes. If the engine is turned by the starter, the gas in the combustion chamber is only compressed in the compression cycles, with the highest pressure being reached in the ignition top dead center (Z-OT) offset by 720 ° KW. At the charge exchange top dead centers offset by 360 ° (LW-OT), however, there is a significantly lower gas pressure between the exhaust stroke and the intake stroke.
  • an ignition voltage is set which is sufficient for ignition only at the low pressure of the LW-OT, but not at the high pressure of the Z-OT.
  • the ignition coil is only supplied with an appropriate ignition energy. The distinction as to whether or not ignition has taken place at the respective top dead center is made by analyzing the ion current. If there is no ignition, only a short semi-oscillation is measured in the primary circuit and secondary circuit due to the component capacities and the inductance of the respective ignition coil winding, which is interrupted by the freewheeling diode. In the case of an ignition, however, an essentially triangular secondary current is measured as a spark current.
  • the method and the device of DE 198 17 447 AI can also be applied to a BDE engine, since the ignitions in the LW-OT occur without injection.
  • the ignition coil must first be precisely controlled in order to provide exactly the desired ignition energy.
  • the required threshold value of the ignition energy to distinguish the top dead centers can be different, in particular with different engines, so that an exact setting is difficult.
  • the evaluation of the measured ion current for a precise distinction between Z-OT and LW-OT is relatively complex.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 and the device according to the invention with the features of claim 12 offer the Advantage that they can be implemented with relatively little effort, enable accurate phase detection and can also be used in particular with a gasoline direct injection engine.
  • the engine can be started by in-phase injection and ignition when the crankshaft is already rotating.
  • the engine with ignition fertilized and rotated without injection.
  • a sufficiently high ignition energy is supplied, which leads to ignition with every crankshaft revolution without having to set an exact threshold value.
  • the invention is based on the knowledge that it is possible to distinguish the Z-OT from the LW-OT even when an ignition is carried out in both top dead centers, since the ignition behavior is different in the two positions.
  • the ignition voltage is high due to the high pressure and the burning time is short; in contrast, the ignition voltage in the LW-OT is small and the burning time is long.
  • a distinction can be made between the two positions when ignitions have been made by comparing the burning times, the ignition current or the ignition voltage applied to the spark plug.
  • the secondary current can be measured, e.g. B. as a voltage drop across a measuring resistor connected to the secondary winding of the ignition coil and the spark plug in series with respect to ground.
  • the measuring device is simple formed by the measuring resistor in the secondary circuit. The voltage drop across the measuring resistor is recorded as a measuring signal by an evaluation device.
  • a measurement in the primary circuit can take place in particular via the primary voltage taken from the primary winding terminals of the ignition coil.
  • a suitable measuring circuit with an operational amplifier or comparator can serve as the measuring device.
  • B. can be supplied via a voltage divider circuit to an input of the operational amplifier for comparison with a reference voltage at the other input of the operational amplifier.
  • the operational amplifier in turn emits a measurement signal to an evaluation device.
  • the evaluation device can advantageously record the trigger signal of the ignition transistor in addition to the respective measurement signal in order to be able to determine the ignition timing for evaluating the measurement signal.
  • the evaluation device outputs a burning time signal to a comparison device, which compares the burning time signals with one another or with pre-stored values and assigns a shorter burning time to the ignition in the Z-OT.
  • phase detection according to the invention can be carried out simultaneously on one or more pistons. After phase detection has taken place, the rotation of the crankshaft can already be used for the starting process by injecting and igniting the correct phase in the next Z-OT. According to the invention are thus - unlike z. B. phase detection via runout detection or an additional sensor wheel on the camshaft - no additional sensors, but only a relatively small amount of circuitry required. This makes it possible to start the motor even with a defective phase encoder.
  • the invention can advantageously be used in particular in gasoline direct injection engines, since injection is completely avoided during phase detection and therefore no fuel can reach the catalytic converter. It can also be used for engines with intake manifold injection; Such a use is particularly advantageous in intake manifold injection engines in which the conventionally used dual ignition method with ignition and injection is problematic at every top dead center.
  • the measuring device and evaluation device used according to the invention can be designed to be integrated. In particular when measuring the primary voltage induced on the primary winding, there is no further influence on the primary and secondary circuits, so that an inexpensive solution with reliable phase detection is possible without further influencing the ignition process.
  • Figure 1 is a circuit diagram of an ignition system with two alternative devices for phase detection according to the invention.
  • 2a, b diagrams with the time course of the voltages U R ⁇ , U2 of Fig. 1 at the top dead center.
  • a primary winding of an ignition coil 2 and an ignition transistor 3 is provided in a primary circuit 4 between a battery connection of the on-board voltage ÜB and ground.
  • the ignition transistor 3 is driven by a control signal a and, in its low-resistance state - at a high voltage level of the control signal a - allows a primary current in the primary circuit 4, through which a magnetic field is built up in the ignition coil 2.
  • the collapsing magnetic field of the ignition coil 2 induces a voltage surge in the secondary winding thereof, which leads to a spark discharge at a spark plug 8.
  • a voltage U2 drops across the measuring resistor RM connected in series in accordance with the respective secondary current in relation to the connection of the ignition coil 8 which is connected to ground.
  • the ignition system shown with ignition coil 2, on-board voltage ÜB and control signal a is selected so that the ignition energy stored in the ignition coil 2 before switching off the primary current for ignition of a gas both at the charge-change top dead center (LW-OT) and in ignition upper dead center
  • the voltage U1 present at the collector of the ignition transistor 3 or the corresponding connection of the primary winding of the ignition coil 2 is taken from a voltage divider circuit with resistors R1, R2.
  • the Zener diode ZD shown can be connected in parallel with R1 to limit the voltage.
  • the resistors R1, R2 are chosen so high that they do not significantly influence the primary current and, especially in the high-resistance state of the ignition transistor 3, no significant primary current that is relevant for the magnetic field of the ignition coil 2 flows through them.
  • a limited voltage value is present at the ignition point.
  • the other input of the operational amplifier 12 is connected to the on-board voltage UB via a second voltage divider circuit 13 or another suitable device for setting a reference voltage URef.
  • a reference voltage URef that is dependent on the on-board voltage U B is generated, so that an advantageous automatic adaptation to changes in U B (eg when the starter is actuated) takes place.
  • the operational amplifier 12 delivers a high or low output signal.
  • URef and Rl, R2 are selected so that a primary voltage induced by the secondary current during ignition can be detected and distinguished from a state free of ignition current.
  • the output signal of the operational amplifier 12 is fed to a first evaluation device 16, which continues to receive the control signal a and outputs a burning time signal t-BR1.
  • the burning duration signals output by the first evaluation device 16 and second evaluation device 18 can then be compared with corresponding signals of the measurement made at the subsequent top dead center in a comparison device (not shown).
  • the first measuring device in the primary circuit or the second measuring device in the secondary circuit can alternatively be used; in principle, however, it is also possible to use both measuring and evaluation devices.
  • the voltage U RI measured in each case is proportional to the voltage Ul induced from the magnetic field of the ignition coil 2 which is being reduced.
  • the magnetic field of the ignition coil 2 degrades faster with a larger secondary current in the secondary circuit 6, so that a larger voltage U 1 is induced in the primary circuit with a shorter time span.
  • the charge change TDC of the curve LW the magnetic field of the ignition coil 2 degrades more slowly with the formation of a lower secondary current, so that the voltage Ul induced in the primary circuit and consequently also U RI is lower and over the longer burning time t-Br-LW -OT stretches.
  • a reference voltage URefl lies between the value of U I during the longer burning time t-Br-LW-OT and a rest value U N after the burning times t-Br-Z-OT and t-Br-LW-OT.
  • the burning time can thus be determined by comparing U RI with the reference voltage URefl in the operational amplifier 12, the output signal of the operational amplifier 12 or comparator changing the value after the respective burning time.
  • This output signal of the operational amplifier 12 is output to the evaluation device 16, which continues the control signal a picks up the ignition timing and outputs a burning duration signal t-BRl.
  • a voltage U2 proportional to the induced secondary current is recorded directly by the second evaluation device 18 according to curve 2b.
  • the measurement curves Z of the ignition TDC and LW of the charge exchange TDC shown in FIG. 2b are not necessarily strictly linear.
  • the secondary current induced in the secondary winding of the ignition coil 2 drops relatively quickly from zero to a high initial value within the burning time t-BR-Z-OT.
  • the secondary current induced during the gas exchange TDC falls from a smaller value to zero over the longer burning time t-BR-LW-OT.
  • These curves can, for. B. be distinguished by the voltages shown U2 with the dashed reference voltage URef2 in z.
  • an operational amplifier or comparator of the evaluation device 18 is compared. URef2 should be set sufficiently low to obtain a clear difference in the measurement curves.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen der Phase eine 4-Takt-Ottomotors, insbesondere eines Benzin-Direkt-Einspritzer-Motors. Für eine sichere Phasenerkennung mit relativ geringem Aufwand wird vorgeschlagen, dass in einer Startphase eine Kurbelwelle mit mindestens einem Kolben gedreht wird, bei mindestens zwei aufeinanderfolgenden oberen Totpunkten (Z-OT, LW-OT) des Kolbens ohne Zuführung von Brennstoff eine Zündung mittels einer Zündspule (2) ausgelöst wird, ein Primär- oder Sekundärstrom oder eine Primär- oder Sekundärspannung in einem Messzeitraum, der sich jeweils zumindest über eine Brenndauer (t-BR-Z-OT, t-BR-LW-OT) nach der Zündung erstreckt, gemessen wird, und aus einem Vergleich der Messsignale aufeinanderfolgender Zündungen geschlossen wird, welcher der aufeinanderfolgenden oberen Totpunkte ein Zündungs-Oberer-Totpunkt (Z-OT) und welcher ein Ladungs­wechsel-Oberer-Totpunkt (LW-OT) ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung einer Phase eines 4-Takt-Ottomotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Phase eines 4-Takt-0ttomotors .
Bei Motoren, deren Einspritzventile elektronisch durch eine ECU (electronic control unit) gesteuert werden, ist es notwendig, die Phasenlage beim Start des Verbrennungsmotors zu bestimmen. Da sich ein Verbren- nungszyklus über zwei 360°-Umdrehungen der Kurbelwelle erstreckt, wird erst durch die Phasenlage festgelegt, ob sich der Kolben bei der Aufwärtsbewegung im Verdichtungstakt oder im Ausstoßtakt befindet.
Hierzu sind verschiedene Systeme bekannt . Zum einen kann auf der Nockenwelle ein zusätzliches Geberrad vorgesehen sein oder eine Auslauferkennung vorgenommen werden. Derartige Systeme erfordern aufwendige zusätzliche Mittel.
Bei Motoren mit Saugrohreinspritzung kann weiterhin eine Bestimmung der Phase in einem sogenannten Doppelzündungsverfahren durch Brennstoffeinspritzung und Zündung in den aufeinanderfolgenden oberen Totpunkten erfolgen. Jede zweite Zündung findet hierbei ein zündfähiges Brennstoffgemisch vor. Je nach Phasenlage erfolgt die Einspritzung als Vorlagerung vor das geschlossene Einlaßventil oder bei offenem Einlaßventil im Ansaugtakt. Bei Motoren mit Saugrohreinspritzung wird jedoch niemals unverbranntes Gemisch in den Katalysator geschoben. Nach erfolgtem Motorstart kann anschließend mit anderen OT-Erkennungsverfahren auf die Einzelzündung im Z-OT umgeschaltet werden.
Ein derartiges Doppelzündungsverfahren mit Zündung und Einspritzung bei jeder Kurbelwellenumdrehung kann jedoch nicht bei einem Motor mit Benzin-Direkt-Einsprit- zung (BDE) vorgenommen werden, da bei diesen Motoren die Einspritzung genau in dem Ansaugtakt oder dem Anfangsbereich des Verdichtungstaktes erfolgen muß, eine Einspritzung im Ausstoßtakt hingegen nicht erlaubt ist, da ansonsten unverbrannter Brennstoff in den Katalysator ausgeschoben werden kann.
Die DE 198 17 447 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen in einer Startphase die Kurbelwelle von einem Anlasser gedreht wird und ohne eine Einspritzung bei jeder Kurbelwellendrehung im Bereich des jeweiligen oberen Totpunktes eine Spannung an die Zündkerze angelegt wird. Für die Erkennung der Phase wird das Paschengesetz herangezogen, gemäß dem die Zündspannung um so höher ist, je größer der Druck zwischen den Elektroden ist. Wird der Motor vom Anlasser gedreht, erfolgt eine Verdichtung des Gases im Verbrennungsraum jeweils nur in den Kompressionstakten, wobei der höchste Druck in den um 720° KW versetzten Zün- dungs-Oberen-Totpunkten (Z-OT) erreicht wird. In den um 360° hierzu versetzten Ladungswechsel-Oberen-Totpunkten (LW-OT) zwischen Ausstoßtakt und Ansaugtakt liegt hingegen ein deutlich niedriger Gasdruck vor. Zur Unterscheidung des Z-OT vom LW-OT wird eine Zündspannung eingestellt, die lediglich bei dem niedrigen Druck des LW-OT zur Zündung ausreicht, beim hohen Druck des Z-OT jedoch nicht. Zur Einstellung der Zündspannung wird der Zündspule lediglich eine entsprechende Zündenergie zugeführt. Die Unterscheidung, ob im jeweiligen oberen Totpunkt eine Zündung stattgefunden hat oder nicht, wird durch eine Analyse des Ionenstroms vorgenommen. Falls keine Zündung vorgelegen hat, wird hierbei im Primärstromkreis und SekundärStromkreis wegen der Bauelementekapazitäten und der Induktivität der jeweiligen Zündspulenwicklung nur eine kurze HalbSchwingung gemes- sen, die durch die Freilaufdiode unterbrochen wird. Im Falle eine Zündung wird hingegen ein im wesentlichen dreieckförmiger Sekundärstrom als Funkenstrom gemessen.
Das Verfahren und die Vorrichtung der DE 198 17 447 AI kann auch bei einem BDE-Motor angewendet werden, da die • Zündungen im LW-OT ohne Einspritzung erfolgen. Hierbei muß jedoch zunächst eine genaue Ansteuerung der Zündspule erfolgen, um genau die gewünschte Zündenergie zur Verfügung zu stellen. Der erforderliche Schwellenwert der Zündenergie zur Unterscheidung der oberen Totpunkte kann insbesondere bei verschiedenen Motoren unterschiedlich ausfallen, so daß eine genaue Einstellung erschwert ist. Weiterhin ist die Auswertung des gemessenen Ionenstroms für eine genaue Unterscheidung zwi- sehen Z-OT und LW-OT relativ aufwendig.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 bieten demgegenüber den Vorteil, daß sie mit relativ geringem Aufwand verwirklicht werden können, eine genaue Erkennung der Phase ermöglichen und insbesondere auch bei einem Benzin- Direkt-Einspritzungs-Motor verwendet werden können. Hierbei kann vorteilhafterweise im Anschluß an die Phasenerkennung bei sich bereits drehender Kurbelwelle der Motor durch phasenrichtige Einspritzung und Zündung gestartet werden.
Erfindungsgemäß wird somit - anders als bei den oben genannten Doppelzündungsverfahren - der Motor mit Zün- . düng und ohne Einspritzung gedreht. Anders als in der DE 198 17 447 AI wird eine hinreichend hohe Zündenergie zugeführt, die bei jeder Kurbelwellenumdrehung zu einer Zündung führt, ohne einen genauen Schwellenwert einstellen zu müssen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Unterscheidung des Z-OT von dem LW-OT auch bei Durch- führung einer Zündung in beiden oberen Totpunkten mög- - lieh ist, da das Zündverhalten in beiden Stellungen unterschiedlich ist. Im Z-OT ist aufgrund des hohen Druckes die Zündspannung hoch und die Brenndauer kurz; im LW-OT ist hingegen die Zündspannung klein und die Brenndauer lang. Eine Unterscheidung zwischen den beiden Stellungen kann somit bei erfolgten Zündungen durch einen Vergleich der Brenndauern, des Zündstroms oder der an der Zündkerze anliegenden Zündspannung erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Sekundärstrom gemessen werden, z. B. als Spannungsabfall über einen mit der Sekundärwicklung der Zündspule und der Zündkerze in Reihe geschalteten Meßwiderstandes gegenüber Masse. In diesem Fall wird die Meßeinrichtung auf einfache Weise durch den Meßwiderstand im SekundärStromkreis gebildet. Die am Meßwiderstand abfallende Spannung wird als Meßsignal von einer Auswerteeinrichtung aufgenommen.
Eine Messung im Primärstromkreis kann insbesondere über die an den Primärwicklungsklemmen der Zündspule abgenommene Primärspannung erfolgen. Als Meßeinrichtung kann in diesem Fall eine geeignete Meßschaltung mit einem Operationsverstärker oder Komparator dienen, wobei die Primärspannung z. B. über eine Spannungsteilerschaltung einem Eingang des Operationsverstärkers zum Vergleich mit einer Referenzspannung am anderen Eingang des Operationsverstärkers zugeführt werden kann. Der Operationsverstärker gibt wiederum ein Meßsignal an ei- ne Auswerteeinrichtung ab.
Die Auswerteeinrichtung kann in beiden Ausführungsformen vorteilhafterweise zusätzlich zu dem jeweiligen Meßsignal das Ansteuersignal des Zündtransistors auf- nehmen, um für die Auswertung des Meßsignals den Zündzeitpunkt bestimmen zu können.
Die Auswerteeinrichtung gibt ein Brenndauersignal an eine Vergleichseinrichtung aus, die die Brenndauersig- nale miteinander oder mit vorgespeicherten Werten vergleicht und hierbei eine kürzere Brenndauer der Zündung im Z-OT zuordnet.
Die erfindungsgemäße Phasenerkennung kann an einem oder mehreren Kolben gleichzeitig durchgeführt werden. Nach erfolgter Phasenerkennung kann die Drehung der Kurbelwelle bereits für den Startvorgang ausgenutzt werden, indem phasenrichtig im nächsten Z-OT Einspritzung und Zündung erfolgen. Erfindungsgemäß sind somit - anders als bei z. B. Phasenerkennungen über Auslauferkennung oder ein zusätzliches Geberrad auf der Nockenwelle - keine zusätzlichen Sensoren, sondern lediglich ein relativ geringer Schaltungsaufwand erforderlich. Hierdurch wird ein Motorstart auch mit defektem Phasengeber möglich. Die Erfindung kann vorteilhafterweise insbesondere bei Benzin- Direkt-Einspritzungs-Motoren verwendet werden, da wäh- rend der Phasenerkennung eine Einspritzung ganz vermieden wird und somit kein Brennstoff zum Katalysator gelangen kann. Sie kann weiterhin auch bei Motoren mit Saugrohr-Einspritzung angewendet werden; eine derartige Verwendung ist insbesondere bei Saugrohr-Einspritz- Motoren vorteilhaft, bei denen das herkömmlich verwendete Doppelzündungsverfahren unter Zündung und Einspritzung bei jedem oberen Totpunkt problematisch ist.
Die erfindungsgemäß verwendete Meßeinrichtung und Aus- Werteeinrichtung kann integriert ausgebildet werden. Insbesondere bei einer Messung der an der Primärwicklung induzierten Primärspannung liegt keine weitere Beeinflussung des Primär- und Sekundärstromkreises vor, so daß eine kostengünstige Lösung mit sicherer Phasen- erkennung ohne weitere Beeinflussung des Zündvorganges möglich ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläu- tert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Zündanlage mit zwei alternativ verwendbaren Vorrichtungen zur Phasenerkennung gemäß der Erfindung; Fig. 2a, b Diagramme mit dem zeitlichen Verlauf der Spannungen URι, U2 von Fig. 1 bei den oberen Totpunkte .
Gemäß Fig. 1 ist in einem Primärstromkreis 4 zwischen einem Batterieanschluß der Bordspannung ÜB und Masse eine Primärwicklung einer Zündspule 2 und ein Zündtransistor 3 vorgesehen. Der Zündtransistor 3 wird von ei- ne Ansteuersignal a angesteuert und läßt in seinem niederohmigen Zustand - bei hohem Spannungspegel des Ansteuersignais a - einen Primärstrom in dem Primärstromkreis 4 zu, durch den in der Zündspule 2 ein Magnetfeld aufgebaut wird. Beim nachfolgenden Sperren des Zündtransistors 3 in seinem hochohmigen Zustand - bei niedrigem Spannungspegel des Ansteuersignais a - induziert das zusammenbrechende Magnetfeld der Zündspule 2 in deren Sekundärwicklung einen Spannungsstoß, der zu einer Funkenentladung an einer Zündkerze 8 führt. Hier- bei fällt an dem in Reihe geschalteten Meßwiderstand RM entsprechend dem jeweiligen Sekundärstrom eine Spannung U2 gegenüber dem auf Masse gelegten Anschluß der Zündspule 8 ab.
Erfindungsgemäß ist die gezeigte Zündanlage mit Zündspule 2 , Bordspannung ÜB und Ansteuersignal a so gewählt, daß die in der Zündspule 2 gespeicherte Zündenergie vor dem Ausschalten des Primärstroms für eine Zündung eines Gases sowohl im Ladungswechsel-Oberen- Totpunkt (LW-OT) als auch im Zündungs-Oberen-Totpunkt
(Z-OT) für den Aufbau einer hinreichend hohen Zündspannung an der Zündkerze 8 ausreicht. Die am Kollektor des Zündtransistors 3 bzw. dem entsprechenden Anschluß der Primärwicklung der Zündspule 2 anliegende Spannung Ul wird von einer Spannungsteilerschaltung mit Widerständen Rl, R2 abgenommen. Ein Ein- gang eines Operationsverstärkers 12 oder Ko parators ist mit der SpannungsteilerSchaltung zwischen den Widerständen Rl und R2 verbunden und nimmt somit eine PrimärvergleichsSpannung Um = Rl/ (Rl + R2 ) Ul auf. Zur Spannungsbegrenzung kann die gezeigte Zener-Diode ZD parallel zu Rl geschaltet sein. Hierbei werden die Widerstände Rl, R2 derartig hoch gewählt, daß sie den Primärstrom nicht nennenswert beeinflussen und insbesondere im hochohmigen Zustand des Zündtransistors 3 kein nennenswerter, für das magnetische Feld der Zünd- spule 2 relevanter Primärstrom durch sie fließt. Indem nicht Ul, sondern die Primärvergleichsspannung URι dem Operationsverstärker 12 zugeführt wird, liegt zum Zündzeitpunkt anstelle des hohen Spannungswertes von Ul ein begrenzter Spannungswert an. Hierbei kann z. B. R2 = 100 kOhm und Rl = 11 kOhm gewählt werden, so daß durch R2 ein Strom von ca. 2 A fließt, die Brennspannung von Ul zwischen 20 V und 40 V und die Brennspannung von URl zwischen 2 V und 4 V liegt.
Der andere Eingang des Operationsverstärkers 12 ist ü- ber eine zweite Spannungsteilerschaltung 13 bzw. eine andere geeignete Einrichtung zur Einstellung einer Referenzspannung URef an die Bordspannung ÜB angeschlossen. Durch Verwendung der Spannungsteilerschaltung 13 wird eine von der Bordspannung UB abhängige Referenzspannung URef erzeugt, so daß eine vorteilhafte automatische Anpassung an Änderungen von UB (z. B. bei Betätigung des Anlassers) erfolgt. In Abhängigkeit von Ul liefert der Operationsverstärker 12 ein hohes oder niedriges Ausgangssignal. Hierbei sind URef und Rl, R2 so gewählt, daß eine durch den Sekundärstrom bei einer Zündung induzierte Primärspannung erfaßt und von einem zündstromfreien Zustand unterscheiden werden kann. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 12 wird einer ersten Auswerteeinrichtung 16 zugeführt, die weiterhin das Ansteuersignal a aufnimmt und ein Brenndauersignal t-BRl ausgibt.
Die von der ersten Auswerteeinrichtung 16 und zweiten Auswerteeinrichtung 18 ausgegebenen Brenndauersignale können anschließend mit entsprechenden Signalen der beim nachfolgenden oberen Totpunkt erfolgten Messung in einer nicht gezeigten Vergleichseinrichtung verglichen werden .
Erfindungsgemäß kann alternativ die erste Meßeinrichtung im Primärstromkreis oder die zweite Meßeinrichtung, im Sekundärstromkreis verwendet werden; es ist jedoch grundsätzlich auch die Verwendung beider Meß- und Auswerteeinrichtungen möglich.
Bei den Zündungen in den um 360° versetzten oberen Totpunkten wird jeweils das gleiche Ansteuersignal a an den Zündtransistor ausgegeben, so daß dem Magnetfeld der Zündspule 2 die gleiche Zündenergie zugeführt wird. Nach dem Paschengesetz erfolgt nach der Zündung jedoch ein unterschiedliches Brennverhalten bei dem Z-OT mit komprimiertem Gas hohen Druckes zwischen den Elektroden der Zündkerze 8 und dem LW-OT mit Gas niedrigen Druckes zwischen den Elektroden der Zündkerze 8, so daß sich unterschiedliche Verläufe der Spannungen URi und U2 ergeben, wie aus Fig. 2a, b ersichtlich ist: Bei Messung und Auswertung am Primärstromkreis 4 der Zündspule 2 wird in beiden Stellungen der Kurbelwelle vor der Zündung - d. h. bei niederohmigem Zustand des Zündtransistors 3 - zunächst ein niedriger Spannungs- wert Ul und somit auch URI vorliegen. Die anschließender Zündung mit einem Zündspannungsstoß SP erfolgt beim Ladungswechsel-OT bei einer niedrigeren Zündspannung, wodurch die Spannung Ul im PrimärStromkreis einen niedrigeren Wert einnimmt und somit auch URI gemäß der Kurve LW einen niedrigeren Wert einnimmt als beim Zündungs-OT gemäß der Kurve Z. Der jeweilige Brennvorgang erfolgt mit unterschiedlichen Brenndauern t-BR-Z-OT und t-BR- LW-OT. Die jeweils gemessene Spannung URI ist proportional zu der aus dem sich abbauenden Magnetfeld der Zünd- spule 2 induzierten Spannung Ul . Im Zündungs-OT baut sich das Magnetfeld der Zündspule 2 mit einem größeren Sekundärstrom im Sekundärstromkreis 6 schneller ab, so daß eine größere Spannung Ul im Primärstromkreis mit kürzerer zeitlicher Erstreckung induziert wird. Im La- dungswechsel-OT der Kurve LW baut sich das Magnetfeld der Zündspule 2 langsamer ab unter Bildung eines geringeren Sekundärstroms, so daß die im Primärstromkreis induzierte Spannung Ul und folglich auch URI geringer ist und sich über die längere Brenndauer t-Br-LW-OT er- streckt. Eine Referenzspannung URefl liegt zwischen dem Wert von U I während der längeren Brenndauer t-Br-LW-OT und einem Ruhewert UN nach den Brenndauern t-Br-Z-OT und t-Br-LW-OT. Durch einen Vergleich von URI mit der Referenzspannung URefl in dem Operationsverstärker 12 kann somit die Brenndauer ermittelt werden, wobei das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 12 oder Kompa- rators nach der jeweiligen Brenndauer den Wert ändert. Dieses Ausgangssignal des Operationsverstärkers 12 wird an die Auswerteeinrichtung 16 ausgegeben, die weiterhin das Ansteuersignal a zur Festlegung des Zündzeitpunktes aufnimmt und ein Brenndauersignal t-BRl ausgibt .
Bei hierzu alternativer Verwendung der zweiten Meß- und Auswerteeinrichtung wird gemäß Kurve 2b eine dem induzierten Sekundärstrom proportionale Spannung U2 direkt von der zweiten Auswerteeinrichtung 18 aufgenommen. Die in Fig. 2b gezeigten Meßkurven Z des Zündungs-OT und LW des Ladungswechsel-OT sind hierbei nicht unbedingt streng linear. Der in der Sekundärwicklung der Zündspule 2 induzierte Sekundärstrom fällt von einem hohen Anfangswert innerhalb der Brenndauer t-BR-Z-OT relativ schnell auf Null ab. Der beim Ladungswechsel-OT induzierte Sekundärstrom fällt von einem kleineren Wert ü- ber die längere Brenndauer t-BR-LW-OT auf Null ab. Diese Meßkurven können z. B. unterschieden werden, indem die gezeigten Spannungen U2 mit der gestrichelt eingezeichneten Referenzspannung URef2 in z. B. einem Operationsverstärker oder Komparator der Auswerteeinrichtung 18 verglichen wird. Hierbei ist URef2 hinreichend niedrig anzusetzen, um einen deutlichen Unterschied der Meßkurven zu erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen einer Phase eines 4-Takt- Ottomotors, bei dem in einer Startphase eine Kurbelwelle mit mindestens einem Kolben ge- dreht wird, bei mindestens zwei aufeinanderfolgenden oberen Totpunkten (Z-OT, LW-OT) des Kolbens ohne Zuführung von Brennstoff eine Zündung mittels einer Zündspule ausgelöst wird, ein Primärstrom oder eine Primärspannung eines
Primärstromkreises oder ein Sekundärstrom oder eine SekundärSpannung eines SekundärStromkreises in einem Meßzeitraum, der sich jeweils zumindest über eine Brenndauer (t-BR-Z-OT, t-BR-LW-OT) nach der Zündung erstreckt, gemessen wird, und aus einem Vergleich der Messungen der aufeinanderfolgenden oberen Totpunkte geschlossen wird, welcher der aufeinanderfolgenden oberen Totpunkte ein Zundungs-Oberer-Totpunkt (Z-OT) zwischen Kompres- sions- und Arbeitstakt und welcher ein Ladungs- wechsel-Oberer-Totpunkt (LW-OT) zwischen Ausstoßtakt und Ansaugtakt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung, bei der eine kürzere Brenndauer
(t-BR-Z-OT) erkannt wird, dem Zündungs-Oberen- Totpunkt (Z-OT) zugeordnet wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenndauer als die Zeitdauer nach der Zündung erkannt wird, in der ein Primär- oder Sekundärspannungsmeßwert oder ein Primär- oder SekundärStrommeßwert einen Referenzwert überschreitet.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Meßzeitraum eine an der Primärwicklung der Zündspule induzierte
PrimärSpannung (Ul) oder eine aus der Primärspannung (Ul) über eine SpannungsteilerSchaltung (Rl, R2) gebildete PrimärvergleichsSpannung (URI) mit einer ersten Referenzspannung (URefl) verglichen wird und in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Brenndauersignal (t-BRl) ausgegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Referenzspannung (URefl) zwischen den Spannungswerten der Primärvergleichsspannung (URI) während der Brenndauer eines Ladungswechsel- Oberen-Totpunktes (t-BR-LW-OT) und einer Ruhespannung (UN) nach den Brenndauern (t-BR-Z-OT, t-BR- LW-OT) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sekundärstrom ermittelt wird, vorzugsweise durch Messung einer an einem mit der Sekundärwicklung und der Zündkerze (8) in Reihe geschalteten Meßwiderstand (RM) abfallenden SekundärSpannung (U2) .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den oberen Totpunkten (Z-OT, LW-OT) gemessenen SekundärSpannungen (U2) mit einer zweiten Referenzspannung (URef2) verglichen werden, und in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Brenndauersignal (t-BR2) ausgegeben wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenndauersignal (t- BR-1, t-Br-2) in Abhängigkeit von dem Meßwert und einem Ansteuersignal (a) des Zündtransistors aus- gegeben wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase eines Benzin- Direkt-Einspritzungs-Motors ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zündungs-Oberer- Totpunkt (Z-OT) bei mehreren Zylindern ermittelt wird.
11. Verfahren zur Zündung eines 4-Takt-Otto-Motors, insbesondere eines Benzin-Direkt-Einspritzungs- Motors , bei dem eine Phase des Motors und der Drehung der Kurbel- welle mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche ermittelt wird und ohne Unterbrechung der Kurbelwellendrehung nachfolgend phasenrichtig eine Einspritzung und Zündung erfolgen.
12. Vorrichtung zum Erkennen einer Phase eines 4-Takt- Otto-Motors mit einem Primärstromkreislauf , Sekundäretromkreislauf , Zündspule, Zündkerze und Zündtransistor, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Meßeinrichtung (12, 13, Rl, R2 ; RM) zum Messen einer Primär- oder SekundärSpannung oder eines Primär- oder SekundärStroms bei Drehung der Kurbelwelle im Bereich von aufeinanderfolgenden oberen Totpunkten eines Kolbens in jeweils einem Meß- Zeitraum, der sich zumindest über eine Brenndauer (t-BR-Z-OT, t-BR-LW-OT) nach der Zündung erstreckt, und Ausgabe eines Meßsignals, eine Auswerteeinrichtung (16; 18) zur Aufnahme des Meßsignals der Meßeinrichtung und Ausgabe eines Brenndauersignals (t-BRl, t-BR2) , und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Brenndauersignale der Auswerteeinrichtung.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeich- net, daß die Meßeinrichtung eine Primärspannungs- Meßeinrichtung (12, 13, Rl, R2) zur Messung einer durch den Sekundärstrom induzierten Primärspannung (Ul) ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein Vergleichsmittel, vorzugsweise einen Operationsverstärker (12) oder Komparator, aufweist, dessen Eingänge über span- nungseinstellende Mittel, vorzugsweise eine Refe- renzspannungsschaltung (13) und eine Spannungsteilerschaltung (Rl, R2 ) , mit den Primärwicklungsanschlüssen der Zündspule (2) verbunden sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Sekundärstro - Meßeinrichtung ist, die einen Widerstand (RM) aufweist, der im Sekundärstromkreis (6) mit der Se- kundärwicklung der Zündspule (2) und der Zündkerze (8) in Reihe geschaltet ist, wobei die Auswerteeinrichtung (18) eine an dem Meßwiderstand (RM) abfallende SekundärSpannung (U2) als Meßsignal aufnimmt .
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (16, 18) das Meßsignal der Meßeinrichtung (12, 13, Rl, R2 ; RM) und ein Ansteuersignal (a) des Zünd- transistors (3) aufnimmt und in Abhängigkeit hiervon das Brenndauersignal (t-BRl, t-BR2) an die Vergleichseinrichtung ausgibt .
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich- net, daß die Vergleichseinrichtung eine Speichereinrichtung zum Zwischenspeichern zumindest eines BrenndauerSignals (t-BRl, t-BR2) einer Messung für einen Vergleich mit dem Brenndauersignal der nachfolgenden Messung aufweist.
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