WO2009012836A1 - Verfahren zum betreiben eines zündsystems für einen fremdzündbaren verbrennungsmotor eines kraftfahrzeugs und zündsystem - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines zündsystems für einen fremdzündbaren verbrennungsmotor eines kraftfahrzeugs und zündsystem Download PDF

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WO2009012836A1
WO2009012836A1 PCT/EP2008/004223 EP2008004223W WO2009012836A1 WO 2009012836 A1 WO2009012836 A1 WO 2009012836A1 EP 2008004223 W EP2008004223 W EP 2008004223W WO 2009012836 A1 WO2009012836 A1 WO 2009012836A1
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ignition
primary
current
primary current
spark
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PCT/EP2008/004223
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Dietmar Bertsch
Reiner Schaub
Uwe Schaupp
Wilfried Schmolla
Harald Winter
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Daimler Ag
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    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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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    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/121—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current by measuring spark voltage

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an ignition system for a spark ignition internal combustion engine of a motor vehicle and to an ignition system for a combustion engine of a motor vehicle of a motor vehicle.
  • the ignition system is designed as a so-called hybrid ignition system and includes an ignition transformer having a primary side and a secondary side, wherein on the primary side a 14V or 42V vehicle electrical system voltage of the motor vehicle is applied. After a control signal of an engine control unit, an ignition controller is activated and builds up a primary current to the primary side of the ignition transformer. After reaching a primary current maximum value, the primary side is switched off for a predetermined period of time, whereby a high voltage builds up in the secondary side of the ignition transformer.
  • the high voltage discharges via a spark at the spark plug coupled to the secondary side, thereby igniting a mixed fuel in an associated cylinder of the internal combustion engine.
  • this process is dependent on the Control signal of the engine control unit optionally repeated time-controlled repeated at selected time intervals to achieve the most complete combustion of the fuel mixture.
  • the object of the present invention is to provide a method for operating an ignition system for a spark ignition internal combustion engine of a motor vehicle and an ignition system, which enable a more reliable ignition of a fuel mixture and thus a safer ignition behavior of the internal combustion engine over a wider range of applications.
  • the method according to the invention for operating an ignition system for a spark ignition internal combustion engine of a motor vehicle comprising an ignition transformer having a primary side and a secondary side, wherein a vehicle electrical system voltage is applied to the primary side, with an ignition controller, by means of which a primary current through the primary side of the ignition transformer is controllable, with a current detection device which is coupled to the ignition control device and by means of which the primary current and a secondary current can be detected by the secondary side and transmitted to the ignition control device and with a spark plug, which is coupled to generate spark with the secondary side of the ignition transformer, in this case comprises the steps of a) building the primary current to the primary side of the ignition transformer by means of the Zünd Wunsch réelles until an adjustable first primary current maximum value is reached b) switching off the Prir ⁇ ärsLxuiiia for generating a secondary current at the Secondary side of the ignition transformer, c) Waiting for a period of time until an adjustable
  • the method according to the invention enables a targeted setting of an energy content of the ignition spark of the multi-spark ignition system generated in steps b) and e), whereby a more reliable igniting of a fuel-ignitable fuel mixture and thus a misfire-free operation of the internal combustion engine over a larger one Application area is ensured.
  • the reliability of the ignition is also increased by the fact that in the case of an unwanted extinction of the first spark - for example due to spark plug wetting, too high flow velocities or the like - generates another spark with adjustable energy content and thus the
  • Inflammation probability of the fuel mixture is significantly increased.
  • a corresponding consumption advantage as well as an improvement of the emission behavior, in particular of the HC and the NO x raw emissions, of the internal combustion engine are achieved at the same time.
  • a further improvement of the ignition behavior is given by the fact that at least steps c) to e) are performed several times. This allows in addition to the already mentioned adaptability of the energy content of the spark an additional increase in their number, whereby a particularly reliable ignition of the fuel mixture and thus a misfire-free operation of the internal combustion engine is ensured over a particularly wide operating range.
  • Secondary current minimum value can also be optimally adjusted the timing of the spark.
  • the steps a) to e) are carried out taking into account a control signal of an associated engine control unit.
  • a control signal of an associated engine control unit.
  • the ignition system coupled to the engine control unit can be given an optimum time window for carrying out the method and thus for igniting the fuel mixture.
  • important parameter values for the ignition such as the instantaneous engine speed or engine load, an angular position of a crankshaft or camshaft, functional parameters of a knock control or an exhaust gas purification function can be taken into account and, for example, the first or the second
  • Primary current maximum value and / or the secondary current minimum value are set accordingly.
  • the setting can be made for example by means of a predetermined map.
  • the first primary current maximum value in a range between 8 A and 35 A, preferably between 15 A and 21 A, in particular 19 A, and / or preferably between 25 A and 35 A is set.
  • the first primary current maximum value as a function of the respective operating state of the internal combustion engine in a range between 15 A and 21 A, in particular 19 A be set to ensure the highest possible energy input by the spark.
  • the first primary current maximum value is set in a preferred range between 25 A and 35 A.
  • the second primary current maximum value in a range up to 30% above or up to 30% below, and in particular equal, the first primary current maximum value is set.
  • the second primary current maximum value can be set in a range up to 30% above the first primary current maximum value, if the fuel mixture was not ignited or ignited sufficiently to achieve a reliable ignition of the fuel mixture.
  • the second primary current maximum value can be set in a range up to 30% above the first primary current maximum value, if the fuel mixture was not ignited or ignited sufficiently to achieve a reliable ignition of the fuel mixture.
  • the second primary current maximum value in a range up to 30% above or up to 30% below, and in particular equal, the first primary current maximum value is set.
  • Primary current maximum value for example, be set in a range up to 30% below the first primary current maximum value, if the fuel mixture was ignited by the previous spark and has already formed an ion channel in the region of the spark plug. In addition, this is a shortening of the building of the primary current according to step d) requires recharging time allows. In the simplest case, the first and second primary current maximum values are set equal.
  • the Sekundärstromminimaiwert is set in a range between 10% and 90%, in particular 80%, of a value corresponding to the first and / or the second primary current maximum value of the secondary current. Since the secondary current, which u.a. from
  • the Sekundärstromminimaiwert can thus be set optimally depending on the respective requirements. It has been shown to be particularly advantageous that the Sekundärstromminimaiwert is set to about 80% ( ⁇ 2%) of the corresponding with the first and / or the second primary current maximum value of the secondary current to an optimum between the time period according to step c) and to achieve the recharging time necessary to build up the primary current according to step d).
  • a value of the secondary current in a range between 50 mA and 150 mA, in particular between 8OmA and 100 mA is set. Within this range, both a sufficient energy input is ensured by the sparks generated and a sufficiently long burning time of the sparks.
  • step c) for a period of time in a range between 150 ⁇ s and 750 ⁇ s, preferably 200 ⁇ s ⁇ 20%, in particular ⁇ 10%, and / or 550 ⁇ s ⁇ 20%, in particular ⁇ 10%, and / or 700 ⁇ s ⁇ 20%, in particular
  • the time duration can be adjusted depending on the properties of the ignition transformer, the respective vehicle electrical system voltage, the desired number of sparks, etc. by suitably setting the first or the second primary current maximum value.
  • step b) or e) Since the spark generated by step b) or e) must burn during the rebuilding of the primary current according to step d) without assistance by the ignition transformer, it has also been found to be advantageous that the primary current at the primary side of the ignition transformer according to
  • Step d) in a time range between 80 ⁇ s and 400 ⁇ s, preferably within 100 ⁇ s ⁇ 20%, in particular ⁇ 10%, and / or within 220 ⁇ s ⁇ 20%, in particular ⁇ 10%, and / or within 350 ⁇ s ⁇ 20%, in particular ⁇ 10%.
  • steps b) to e) are carried out so often that a burning time of the spark generated according to step b) to step e) of up to 5 ms, and preferably between 1.0 ms and 3.0 ms.
  • a burning time of the spark generated according to step b) to step e) of up to 5 ms, and preferably between 1.0 ms and 3.0 ms.
  • the vehicle electrical system voltage, the externally ignited fuel mixture, etc. can by appropriate adjustment the energy content, the number and the time interval of the spark generated an energy demand optimized and reliable ignition within the entire application range of the internal combustion engine can be ensured.
  • the burning time of the spark is checked taking into account a control signal of an associated ignition detector of the internal combustion engine.
  • Such ignition detection allows easy control of the ignition process and allows targeted control of the implementation of the method.
  • Another aspect of the invention relates to an ignition system for an externally ignitable internal combustion engine of a motor vehicle, with an ignition transformer having a primary side and a secondary side, to the primary side of a vehicle electrical system voltage of the motor vehicle can be applied, with an ignition controller, by means of which a primary current through the primary side of the ignition transformer controllable is, with a current detection device which is coupled to the ignition controller and by means of which the primary current and a secondary current through the secondary side detectable and can be transmitted to the ignition controller and with a spark plug, which is coupled to generate sparks to the secondary side of the ignition transformer, wherein the Ignition controller is designed to build the primary current to the primary side of the ignition transformer until an adjustable first primary current maximum value is reached to turn off the primary current to a secondary current to generate on the secondary side of the ignition transformer to wait for a period of time until an adjustable secondary current minimum value at the secondary side is exceeded, the primary current at the Build primary side of the ignition transformer until an adjustable second primary current maximum value is reached and turn off the primary
  • a multi-spark ignition system which allows a targeted control of the energy content of the spark to be generated and thus a more reliable ignition of a frust ignitable fuel mixture within an associated combustion chamber of the internal combustion engine. Further advantages of the ignition system can be found in the previous advantage descriptions.
  • the ignition control unit can be coupled to an engine control unit of the internal combustion engine and is designed to build up and / or turn off the primary current in response to a control signal of the engine control unit.
  • the Zünd horrinates By coupling the Zünd horrinates with the engine control unit, it is possible to take into account all relevant for the operation of the engine parameters and operate the ignition system in response to a characterizing this parameter control signal accordingly.
  • the ignition control device is designed as part of the engine control unit.
  • the ignition control device for determining a burning time of a spark with a fire detector of the engine is coupled. This allows immediate feedback on the progress of the combustion process and allows for immediate adaptation the various operating parameter values of the ignition system to the current situation.
  • the ignition system is installed in a particular Strahlgebowten internal combustion engine. Since high demands are placed on the ignition system particularly in the stratified charge mode of a jet-guided gasoline engine with direct injection to ensure reliable ignition of the often highly inhomogeneous fuel mixture, the installation of the ignition system according to the invention in such an internal combustion engine ensures a particularly high robustness of the combustion process Optimized combustion and lowered the HC and NO x emissions of the internal combustion engine.
  • the ignition system can be installed in all internal combustion engines, for example reciprocating or rotary engines, in which ignitable fuels or fuel mixtures, for example gasoline, natural gas, ethanol, hydrogen or combinations thereof, are to be ignited and burnt.
  • the ignition controller is designed, the first and / or the second primary current maximum value and / or the
  • Fig. 1 is a schematic representation of an ignition system according to an embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram of temporal waveforms in operation of the ignition system shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a diagram of temporal voltage and current waveforms according to a first embodiment
  • Fig. 5 is a diagram of temporal voltage and current waveforms according to a third embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an ignition system, which is installed in a spark-ignition internal combustion engine (not shown) of a motor vehicle.
  • the internal combustion engine can be designed, for example, as a spray-guided direct-injection gasoline engine, wherein in principle all spark-ignited engine types can be operated by means of the ignition system.
  • the ignition system comprises a per se known ignition transformer 10 having a primary side 12 and a secondary side 14, wherein on the primary side 12, a vehicle electrical system voltage V of a motor vehicle (not shown) is applied.
  • the primary side 12 can do this, for example via the ignition plus (terminal 15) with a vehicle battery be coupled.
  • the ignition system further comprises an ignition control unit 16, by means of which a primary current i pr im through the primary side 12 of the ignition transformer 10 can be controlled via an associated electrical control element 18.
  • the ignition controller 16 is provided with a current detection device
  • the primary current i pr tapped by the primary side 12 and a secondary current i sec through the secondary side 14 and transmitted to the ignition controller 16. It can also be provided that the ignition controller 16 and the current detection device 20 are integrally formed. Finally, the secondary side 14 is in turn via a switch-on spark suppression diode
  • the ignition controller 16 is coupled to an engine control unit 26 of the motor vehicle for receiving control signals S (see FIG.
  • the ignition system shown can be made very compact and integrated, for example, in an ignition coil.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the time profile of the primary current i pr in and of the secondary current i sec during operation of the ignition system.
  • control signal S which specifies a time window within which the spark to burn 24 and trigger an ignition of the fuel mixture
  • the ignition controller 16 switches at time to the control 18, whereby at the primary side 12 of the ignition transformer 10 of Primary current i pr i m is built.
  • Current detection device 20 the primary current i pr im detected and transmitted to the Z ⁇ nd Tavern réelle 16.
  • the closing time t sz required for charging corresponds to a division of the so-called closing angle by the instantaneous speed of the internal combustion engine.
  • the detection of the secondary current i s k takes place here by means of the current detection means 20 16 in the ignition control unit as soon as the secondary current i s k an adjustable secondary current minimum value i min below, the primary current i pr i m will once again by turning the control 18 to the primary side 12 of the ignition transformer 10 until a second primary current maximum value i ma ⁇ P2 is reached.
  • the secondary current minimum value i min lies ⁇ 2% lower than that with the first primary current maximum value i ma ⁇ P i corresponding secondary current value i ma ⁇ si •
  • the second primary current maximum value i ma ⁇ P2 set 20 ⁇ 2% lower in the present embodiment, in the present example 20 as the first primary current maximum value i maxp i.
  • the recharging time t n within which the ignition spark 24a must burn without energy supply, can thereby be reduced accordingly.
  • the first and the second Primary current maximum value i ma ⁇ P i, i ma ⁇ p2 are set independently, so that the second primary current maximum value ima ⁇ p2 also equal to or higher than the first
  • Primary current maximum value i ma ⁇ P i can be set if the first ignition did not work.
  • the first and the second primary current maximum value i m ax P i / ima ⁇ p2 can be adapted to one another depending on the characteristics of the ignition system or the vehicle electrical system voltage so that the recharging time t n becomes as short as desired and the spark 24 quasi-permanently burns within the time window.
  • a further spark 24 b is generated, whereby the secondary current i sec flows on the secondary side 14 of the ignition transformer 10.
  • the first spark 24a is still burning or has not yet broken off when the second spark 24b is generated, so that a continuously burning spark 24 is obtained.
  • the second primary current maximum value in a ⁇ 2 is set to a constant value as shown.
  • the second primary current maximum value i max p 2 is set to a different value during each ignition process. The same applies to the setting of the secondary current minimum value i m i n .
  • the control signal S is switched off by means of the engine control unit 26 at the time t en d and marks the end of the ignition process.
  • the building-up of the primary current i pr already started at time t en d remains unchanged until the second primary current maximum value i m ax P 2 is reached performed and the last spark 24d by switching off the primary current i pr im generated in the manner described above.
  • the spark burns 24d then up to the complete discharge of the ignition transformer 10 or the secondary page 14.
  • the burning time of all sparks 24a-d is formally (t 2 -ti) ms and in practice is preferably less than 5 ms and in particular between 1.0 ms and 3.0 ms. It should be emphasized that the method described is fundamentally suitable for operating all controllable ignition systems with the properties of the ignition system shown in FIG. 1 and is therefore not limited to the ignition system shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a diagram of temporal voltage and current profiles according to a first exemplary embodiment.
  • the time profile of applied to the electrodes 23a, b of the spark plug 22 secondary voltage U sec the time course of the primary current ipnm and the time course of the secondary current i se k applied.
  • the primary current i pr i m is built up on the primary side 12 of the ignition transformer 10 until a first primary current maximum value i ma ⁇ P i of 19 A is reached.
  • the building up of the primary current i pr i m takes place within a closing time t sz of 0.6 ms.
  • the spark 24a burns for a period of time t e of approximately 700 ⁇ s.
  • the primary current i prim is set up again until the second primary current maximum value i ma ⁇ P2 is reached .
  • the first and the second primary current maximum value ima ⁇ p2 are set identically in the present case.
  • the needed for building Time duration t n amounts to approximately 350 ⁇ s, so that the second spark 24b is generated when the primary current i pri m is switched off approximately 1050 ⁇ s after the first spark spark ignition 24a.
  • the said steps are applied in a further process run for generating the third spark 24c.
  • FIG. 4 shows a diagram of temporal voltage and current waveforms according to a second exemplary embodiment, wherein the basic steps and parameters are already known from the previous description of FIG. 3.
  • the first primary current maximum value i ma ⁇ pi and the secondary current minimum value i ra i n are matched to one another in such a way that the spark 24a in the present example stands for a
  • the second primary current maximum value i ma ⁇ p2 is set lower than the first primary current maximum value in a xpi ? whereby the time duration t n required to rebuild the primary current i pr i m is only about 220 ⁇ s.
  • the second ignition spark 24b is therefore generated when the primary current i pr is switched off in approximately 770 ⁇ s after the first ignition spark 24a. Overall, four sparks 24a-d are generated in this embodiment.
  • FIG. 5 shows a diagram of temporal voltage and current waveforms according to a third exemplary embodiment, wherein the basic steps and parameters are already known from the previous description to FIGS. 3 and 4.
  • the ignition control unit 16 the number of desired spark 24 is specified within the predetermined for example by the control signal S time window and this determines the corresponding current limits i ma ⁇ P i, i m a ⁇ p2, imin as a function of the characteristics of the ignition system ,

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum.Betreiben eines Zündsystems für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst : a) Aufbauen des Primärstroms (iprim) an der Primärseite (12) des Zündtransformators (10) mittels des Zündsteuergeräts (16), bis ein einstellbarer erster Primärstrommaximalwert (imaxp1) erreicht wird, b) Abschalten des Primärstroms (iprim) zur Erzeugen eines Sekundärstroms (isek) an der Sekundärseite (14) des Zündtransformators (10), c) Warten für eine Zeitdauer (te), bis ein einstellbarer Sekundärstromminimalwert (imin) an der Sekundärseite (14) unterschritten wird, d) Aufbauen des Primärstroms (iprim) an der Primärseite (12) des Zündtransformators (10) mittels des Zündsteuergeräts (16), bis ein einstellbarer zweiter Primärstrommaximalwert (imaxp2) erreicht wird und e) Abschalten des Primärstroms (iprim) mittels des Zündsteuergeräts (16) zum Erzeugen des Sekundärstroms (isek) an der Sekundärseite (14) des Zündtransformators (10). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Zündsystem für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems für einen fremdzundbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und
Zündsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems für einen fremdzundbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs sowie ein Zündsystem für einen fremdzundbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Ein derartiges Verfahren sowie ein derartiges Zündsystem sind dabei beispielsweise bereits aus der DE 101 21 993 Al als bekannt zu entnehmen. Das Zündsystem ist dabei als sogenanntes Hybridzündsystem ausgebildet und umfasst einen Zündtransformator mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, wobei an der Primärseite eine 14V oder 42V Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs anliegt. Nach einem Steuersignal eines Motorsteuergeräts wird ein Zündsteuergerät aktiviert und baut einen Primärstrom an der Primärseite des Zündtransformators auf. Nach dem Erreichen eines Primärstrommaximalwertes wird die Primärseite für eine vorbestimmte Zeitspanne abgeschaltet, wodurch sich in der Sekundärseite des Zündtransformators eine Hochspannung aufbaut. Die Hochspannung entlädt sich über einen Zündfunken an der mit der Sekundärseite gekoppelten Zündkerze, wodurch ein in einem zugeordneten Zylinder des Verbrennungsmotors befindliches Kraftstoffgemisch entzündet wird. Nach dem Funkendurchbruch wird dieser Vorgang in Abhängigkeit des Steuersignals des Motorsteuergeräts gegebenenfalls mehrfach zeitgesteuert mit ausgewählten Zeitintervallen wiederholt, um eine möglichst vollständige Verbrennung des Kraftstoffgemischs zu erzielen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs sowie ein Zündsystem zu schaffen, welche ein zuverlässigeres Entzünden eines Kraftstoffgemischs und damit ein sichereres Entzündungsverhalten des Verbrennungsmotors über einen größeren Applikationsbereich ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Zündsystem gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens - soweit anwendbar - als vorteilhafte Ausgestaltungen des Zündsystems und umgekehrt anzusehen sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zündtransformator mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, wobei an der Primärseite eine Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs anliegt, mit einem Zündsteuergerät, mittels welchem ein Primärstrom durch die Primärseite des Zündtransformators steuerbar ist, mit einer Stromerfassungseinrichtung, welche mit dem Zündsteuergerät gekoppelt ist und mittels welcher der Primärstrom und ein Sekundärstrom durch die Sekundärseite erfassbar und an das Zündsteuergerät übermittelbar sind und mit einer Zündkerze, welche zum Erzeugen von Zündfunken mit der Sekundärseite des Zündtransformators gekoppelt ist, umfasst dabei die Schritte a) Aufbauen des Primärstroms an der Primärseite des Zündtransformators mittels des Zündsteuergeräts, bis ein einstellbarer erster Primärstrommaximalwert erreicht wird, b) Abschalten des PrirαärsLxuiiia zum Erzeugen eines Sekundärstroms an der Sekundärseite des Zündtransformators, c) Warten für eine Zeitdauer, bis ein einstellbarer
Sekundärstromminimalwert an der Sekundärseite unterschritten wird, d) Aufbauen des Primärstroms an der Primärseite des Zündtransformators mittels des Zündsteuergeräts, bis ein einstellbarer zweiter Primärstrommaximalwert erreicht wird und e) Abschalten des Primärstroms mittels des Zündsteuergeräts zum Erzeugen des Sekundärstroms an der Sekundärseite des Zündtransformators. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht mit anderen Worten im Gegensatz zum Stand der Technik eine gezielte Einstellung eines Energiegehalts der in den Schritten b) und e) erzeugten Zündfunken des multifunkenfähigen Zündsystems, wodurch ein zuverlässigeres Entzünden eines fremdzündbaren Kraftstoffgemischs und damit ein aussetzerfreier Betrieb des Verbrennungsmotors über einen größeren Applikationsbereich gewährleistet wird. Die Zuverlässigkeit der Entzündung wird auch dadurch gesteigert, dass im Falle eines ungewollten Erlöschens des ersten Zündfunkens - beispielsweise aufgrund von Zündkerzenbenetzung, zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten oder dergleichen - ein weiterer Zündfunke mit einstellbarem Energiegehalt erzeugt und somit die
Entzündungswahrscheinlichkeit des Kraftstoffgemischs signifikant erhöht wird. Durch die Verbesserung des Entzündungsverhaltens wird gleichzeitig ein entsprechender Verbrauchsvorteil sowie eine Verbesserung des Emissionsverhaltens, insbesondere der HC- und der NOx- Rohemissionen, des Verbrennungsmotors erzielt. Eine weitere Verbesserung des Entzündungsverhaltens ist dadurch gegeben, dass zumindest die Schritte c) bis e) mehrfach durchgeführt werden. Dies ermöglicht neben der bereits genannten Anpassbarkeit des Energieinhaltes der Zündfunken eine zusätzliche Erhöhung ihrer Anzahl, wodurch ein besonders zuverlässiges Entzünden des Kraftstoffgemischs und somit ein aussetzerfreier Betrieb des Verbrennungsmotors über einen besonders weiten Betriebsbereich gewährleistet ist. Durch geeignetes Einstellen des ersten und/oder des zweiten Primärstrommaximalwertes bzw. des
Sekundärstromminimalwertes kann zudem die zeitliche Abfolge der Zündfunken optimal eingestellt werden.
Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass die Schritte a) bis e) unter Berücksichtigung eines Steuersignals eines zugeordneten Motorsteuergeräts durchgeführt werden. Durch die Berücksichtigung eines derartigen Steuersignals kann dem mit dem Motorsteuergerät gekoppelten Zündsystem ein optimales Zeitfenster zum Durchführen des Verfahrens und somit zum Entzündung des Kraftstoffgemisches vorgegeben werden. Weiterhin können für die Entzündung wichtige Parameterwerte wie beispielsweise die momentane Drehzahl bzw. Motorlast des Verbrennungsmotors, eine Winkelstellung einer Kurbel- oder Nockenwelle, Funktionsgrößen einer Klopfregelung oder einer Abgasreinigungsfunktion berücksichtigt und beispielsweise der erste bzw. der zweite
Primärstrommaximalwert und/oder der Sekundärstromminimalwert entsprechend eingestellt werden. Die Einstellung kann beispielsweise mit Hilfe eines vorbestimmten Kennfeldes vorgenommen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Primärstrommaximalwert in einem Bereich zwischen 8 A und 35 A, bevorzugt zwischen 15 A und 21 A, insbesondere 19 A, und/oder bevorzugt zwischen 25 A und 35 A, eingestellt wird. Durch Einstellung des ersten Primärstrommaximalwerts innerhalb des genannten Bereichs wird eine besonders hohe Zuverlässigkeit der Entzündung des Kraftstoffgemischs durch den ausgelösten Zündfunken gewährleistet. Dabei kann der erste Primärstrommaximalwert in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustands des Verbrennungsmotors in einem Bereich zwischen 15 A und 21 A, insbesondere 19 A, eingestellt werden, um einen möglichst hohen Energieeintrag durch den Zündfunken sicherzustellen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der erste Primärstrommaximalwert in einem bevorzugten Bereich zwischen 25 A und 35 A eingestellt wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Primärstrommaximalwert in einem Bereich bis zu 30% über oder bis zu 30% unter, und insbesondere gleich, dem ersten Primärstrommaximalwert eingestellt wird. Dies ermöglicht es, den zweiten Primärstrommaximalwert in Abhängigkeit der durch den ersten Zündfunken ausgelösten Entzündung des Kraftstoffgemischs einzustellen. So kann der zweite Primärstrommaximalwert beispielsweise in einem Bereich bis zu 30% über dem ersten Primärstrommaximalwert eingestellt werden, falls das Kraftstoffgemisch nicht oder nicht ausreichend entzündet wurde, um eine zuverlässige Entzündung des Kraftstoffgemischs zu erzielen. Andererseits kann der zweite
Primärstrommaximalwert beispielsweise in einem Bereich bis zu 30% unter dem ersten Primärstrommaximalwert eingestellt werden, falls das Kraftstoffgemisch durch den vorherigen Zündfunken entzündet wurde und sich im Bereich der Zündkerze bereits ein Ionenkanal ausgebildet hat. Zusätzlich wird dadurch eine Verkürzung der zum Aufbauen des Primärstroms gemäß Schritt d) benötigen Nachladezeit ermöglicht. Im einfachsten Fall werden erster und zweiter Primärstrommaximalwert gleich eingestellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sekundärstromminimaiwert in einem Bereich zwischen 10% und 90%, insbesondere 80%, eines mit dem ersten und/oder dem zweiten Primärstrommaximalwert korrespondierenden Wertes des Sekundärstroms eingestellt wird. Da der Sekundärstrom, welcher u.a. vom
Übersetzungsverhältnis des Zündtransformators abhängt, sowohl Einfluss auf die Zeitdauer gemäß Schritt c) , innerhalb welcher der Zündfunken brennt, als auch auf die zum Aufbauen des Primärstroms gemäß Schritt d) erforderliche Nachladezeit besitzt, kann der Sekundärstromminimaiwert somit optimal in Abhängigkeit der jeweiligen Anforderungen eingestellt werden. Dabei hat es sich insbesondere als vorteilhaft gezeigt, dass der Sekundärstromminimaiwert auf etwa 80% (±2%) des mit dem ersten und/oder dem zweiten Primärstrommaximalwert korrespondierenden Wertes des Sekundärstroms eingestellt wird, um ein Optimum zwischen der Zeitdauer gemäß Schritt c) und der zum Aufbauen des Primärstroms gemäß Schritt d) erforderlichen Nachladezeit zu erzielen.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, dass ein Wert des Sekundärstroms in einem Bereich zwischen 50 mA und 150 mA, insbesondere zwischen 8OmA und 100 mA, eingestellt wird. Innerhalb dieses Bereichs wird sowohl ein ausreichender Energieeintrag durch die erzeugten Zündfunken als auch eine ausreichend lange Brenndauer der Zündfunken sichergestellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt c) für eine Zeitdauer in einem Bereich zwischen 150 μs und 750 μs, vorzugsweise 200 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, und/oder 550 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, und/oder 700 μs ± 20%, insbesondere
± 10%, gewartet wird. Innerhalb dieses Bereichs wird eine besonders zuverlässige Entzündung dp.ς Kraftstoffgpmi schs über alle Applikationsbereiche des Verbrennungsmotors sichergestellt. Die Zeitdauer kann dabei in Abhängigkeit der Eigenschaften des Zündtransformators, der jeweiligen Bordnetzspannung, der gewünschten Anzahl an Zündfunken etc. durch geeignetes Einstellen des ersten bzw. des zweiten Primärstrommaximalwertes eingestellt werden.
Da der durch Schritt b) bzw. e) erzeugte Zündfunke während des erneuten Aufbauens des Primärstroms gemäß Schritt d) ohne Unterstützung durch den Zündtransformator brennen muss, hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass der Primärstrom an der Primärseite des Zündtransformators gemäß
Schritt d) in einem zeitlichen Bereich zwischen 80 μs und 400 μs, vorzugsweise innerhalb von 100 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, und/oder innerhalb von 220 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, und/oder innerhalb von 350 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, aufgebaut wird. Dadurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit, das Verfahren unter Berücksichtigung des jeweiligen Betriebszustands des Verbrennungsmotors optimal einzusetzen .
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass zumindest die Schritte b) bis e) so oft durchgeführt werden, dass sich eine Brenndauer der gemäß Schritt b) bis Schritt e) erzeugten Zündfunken von bis zu 5 ms, und vorzugsweise zwischen 1,0 ms und 3,0 ms, ergibt. In Abhängigkeit der Eigenschaften des Zündsystems, der Bordnetzspannung, des fremdzuzündenden Kraftstoffgemischs etc. kann durch entsprechende Anpassung des Energieinhaltes, der Anzahl und des zeitlichen Abstands der erzeugten Zündfunken eine energiebedarfsoptimierte und zuverlässige Entzündung innerhalb des gesamten Applikationsbereichs des Verbrennungsmotors sichergestellt werden .
Dabei kann in weiterer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Brenndauer der Zündfunken unter Berücksichtigung eines Steuersignals eines zugeordneten Entflammungsdetektors des Verbrennungsmotors überprüft wird. Eine derartige Entflammungserkennung ermöglicht eine einfache Kontrolle des Zündvorgangs und erlaubt eine gezielte Regelung der Durchführung des Verfahrens.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Zündsystem für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zündtransformator mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, wobei an die Primärseite eine Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs anlegbar ist, mit einem Zündsteuergerät, mittels welchem ein Primärstrom durch die Primärseite des Zündtransformators steuerbar ist, mit einer Stromerfassungseinrichtung, welche mit dem Zündsteuergerät gekoppelt ist und mittels welcher der Primärstrom und ein Sekundärstrom durch die Sekundärseite erfassbar und an das Zündsteuergerät übermittelbar sind und mit einer Zündkerze, welche zum Erzeugen von Zündfunken mit der Sekundärseite des Zündtransformators gekoppelt ist, wobei das Zündsteuergerät ausgelegt ist, den Primärstrom an der Primärseite des Zündtransformators aufzubauen, bis ein einstellbarer erster Primärstrommaximalwert erreicht wird, den Primärstrom abzuschalten, um einen Sekundärstrom an der Sekundärseite des Zündtransformators zu erzeugen, für eine Zeitdauer zu warten, bis ein einstellbarer Sekundärstromminimalwert an der Sekundärseite unterschritten wird, den Primärstrom an der Primärseite des Zündtransformators aufzubauen, bis ein einstellbarer zweiter Primärstrommaximalwert erreicht wird und den Primärstrom zum Erzeugen des Sekundärstroms an der Sekundärseite des Zündtransformators abzuschalten. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß ein multifunkenfähiges Zündsystem vorgesehen, welches eine gezielte Steuerung des Energiegehalts der zu erzeugenden Zündfunken und damit eine zuverlässigere Entzündung eines fremdzündbaren Kraftstoffgemischs innerhalb einer zugeordneten Brennkammer des Verbrennungsmotors ermöglicht. Weitere Vorteile des Zündsystems sind den vorhergehenden Vorteilsbeschreibungen zu entnehmen .
Eine besonders zuverlässige Entzündung des Kraftstoffgemisches ist dadurch gegeben, dass das Zündsteuergerät mit einem Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors koppelbar ist und ausgelegt ist, den Primärstrom in Abhängigkeit eines Steuersignals des Motorsteuergeräts aufzubauen und/oder abzuschalten. Durch Kopplung des Zündsteuergeräts mit dem Motorsteuergerät ist es möglich, alle für den Betrieb des Verbrennungsmotors relevanten Parameter zu berücksichtigen und das Zündsystem in Abhängigkeit eines diese Parameter charakterisierenden Steuersignals entsprechend zu betreiben. Dabei kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das Zündsteuergerät als Teil des Motorsteuergeräts ausgebildet ist.
Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass das Zündsteuergerät zum Ermitteln einer Brenndauer eines Zündfunkens mit einem Entflammungsdetektor des Verbrennungsmotors koppelbar ist. Dies erlaubt eine unmittelbare Rückmeldung über den Verlauf des Verbrennungsprozesses und ermöglicht eine sofortige Anpassung der verschiedenen Betriebsparameterwerte des Zündsystems an die momentane Situation.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich schließlich als vorteilhaft gezeigt, dass das Zündsystem in einen insbesondere strahlgefuhrten Verbrennungsmotor eingebaut ist. Da besonders beim Schichtladebetrieb eines strahlgeführten Ottomotors mit Direkteinspritzung hohe Anforderungen an das Zündsystem gestellt sind, um eine zuverlässige Entzündung des häufig stark inhomogenen Kraftstoffgemischs sicherstellen zu können, wird durch den Einbau des erfindungsgemäßen Zündsystems in einen derartigen Verbrennungsmotor eine besonders hohe Robustheit des Verbrennungsprozesses sichergestellt, die Verbrennung optimiert und die HC- und NOx-Rohemissionen des Verbrennungsmotors gesenkt. Grundsätzlich kann das Zündsystem jedoch in alle Verbrennungsmotoren - beispielsweise Hubkolben- oder Wankelmotoren - eingebaut werden, in welchen fremdzündbare Kraftstoffe bzw. Kraftstoffgemische - beispielsweise Benzin, Erdgas, Ethanol, Wasserstoff oder Kombinationen davon -entzündet und verbrannt werden sollen.
Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass das Zündsteuergerät ausgelegt ist, den ersten und/oder den zweiten Primärstrommaximalwert und/oder den
Sekundärstromminimalwert in Abhängigkeit einer vorgegebenen Brenndauer eines Zündfunkens und/oder einer vorgegebenen Schließzeit und/oder einer vorgegebenen Anzahl an Zündfunken einzustellen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Einstellung der Anzahl bzw. des Energiegehalts der zu erzeugenden Zündfunken.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfϋhrungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zündsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm zeitlicher Stromverläufe beim Betreiben des in Fig. 1 gezeigten Zündsystems;
Fig. 3 ein Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 ein Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 5 ein Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel .
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zündsystems, welches in einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor (nicht abgebildet) eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise als strahlgeführter Direkteinspritzungs- Ottomotor ausgebildet sein, wobei grundsätzlich alle fremdgezündeten Motortypen mittels des Zündsystems betreibbar sind. Das Zündsystem umfasst dabei einen an sich bekannten Zündtransformator 10 mit einer Primärseite 12 und einer Sekundärseite 14, wobei an die Primärseite 12 eine Bordnetzspannung V eines Kraftfahrzeugs (nicht abgebildet) angelegt ist. Die Primärseite 12 kann dazu beispielsweise über das Zündungsplus (Klemme 15) mit einer Fahrzeugbatterie gekoppelt sein. Das Zündsystem umfasst weiterhin ein Zündsteuergerät 16, mittels welchem über ein zugeordnetes elektrisches Steuerelement 18 ein Primärstrom iprim durch die Primärseite 12 des Zündtransformators 10 steuerbar ist. Das Zündsteuergerät 16 ist mit einer Stromerfassungseinrichtung
20 gekoppelt, mittels welcher der Primärstrom iprim durch die Primärseite 12 und ein Sekundärstrom isek durch die Sekundärseite 14 abgegriffen und an das Zündsteuergerät 16 übermittelt werden. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das Zündsteuergerät 16 und die Stromerfassungseinrichtung 20 einteilig ausgebildet sind. Die Sekundärseite 14 schließlich ist ihrerseits über eine Einschaltfunkenunterdrückungsdiode
21 mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Zündkerze 22 zum Erzeugen von Zündfunken 24 gekoppelt. Die elektrischen Widerstände Ri, R2 der Stromerfassungseinrichtung 20 sowie die Zündkerze 22 sind mit einem Bezugspotential VBeZ/ beispielsweise der Masse des Kraftfahrzeugs, verbunden. Das Zündsteuergerät 16 ist zum Empfangen von Steuersignalen S (s. Fig. 2) mit einem Motorsteuergerät 26 des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Das gezeigte Zündsystem kann sehr kompakt ausgebildet und beispielsweise in eine Zündspule integriert werden .
Das Verfahren zum Betreiben des in Fig. 1 gezeigten Zündsystems wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Fig. 2 zeigt dazu ein schematisches Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Primärstroms iprim und des Sekundärstroms isek beim Betreiben des Zündsystems. Unter Berücksichtigung des vom Motorsteuergerät 26 gesendeten Steuersignals S, welches ein Zeitfenster vorgibt, innerhalb welchem der Zündfunke 24 brennen und eine Entzündung des Kraftstoffgemischs auslösen soll, schaltet das Zündsteuergerät 16 zum Zeitpunkt to das Steuerelement 18 ein, wodurch an der Primärseite 12 des Zündtransformators 10 der Primärstrom iprim aufgebaut wird. Mittels der Stromerfassungseinrichtung 20 wird der Primärstrom iprim erfasst und an das Zϋndsteuergerät 16 übermittelt. Die zum Aufladen benötigte Schließzeit tsz entspricht definitionsgemäß einer Division des sog. Schließwinkels durch die momentane Drehzahl des Verbrennungsmotors .
Sobald ein einstellbarer erster Primärstrommaximalwert imaχpi erreicht wird, wird durch Ausschalten des Steuerelements 18 mittels des Zündsteuergeräts 16 der Primärstrom iprim abgeschaltet, wodurch sich durch Selbstinduktion auf der Sekundärseite 14 eine Hochspannung an in Fig. 1 gezeigten Elektroden 23a, b der Zündkerze 22 aufbaut und einen Zündfunken 24a erzeugt. Während der Zündfunke 24a innerhalb der Zeitdauer te brennt, nimmt der Sekundärstrom isek ausgehend von dem mit dem ersten Primärstrommaximalwert imaχPi korrespondierenden Sekundärstrommaximalwert imaχsi stetig ab. Die Erfassung des Sekundärstroms isek erfolgt auch hier mittels der Stromerfassungseinrichtung 20 im Zündsteuergerät 16. Sobald der Sekundärstrom isek einen einstellbaren Sekundärstromminimalwert imin unterschreitet, wird erneut der Primärstrom iprim durch Anschalten des Steuerelements 18 an der Primärseite 12 des Zündtransformators 10 aufgebaut, bis ein zweiter Primärstrommaximalwert imaχP2 erreicht wird. Der Sekundärstromminimalwert imin liegt dabei im vorliegenden Beispiel 20±2% niedriger als der mit dem ersten Primärstrommaximalwert imaχPi korrespondierende Sekundärstromwert imaχsi • Auch der zweite Primärstrommaximalwert imaχP2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel 20±2% niedriger eingestellt als der erste Primärstrommaximalwert imaxpi . Bei einem aufgrund einer erfolgreichen Zündung bereits gebildeten Ionenkanal kann dadurch die Nachladezeit tn, innerhalb welcher der Zündfunke 24a ohne Energiezufuhr brennen muss, entsprechend verkürzt werden. Grundsätzlich können jedoch der erste und der zweite Primärstrommaximalwert imaχPi, imaχp2 unabhängig voneinander eingestellt werden, so dass der zweite Primärstrommaximalwert imaχp2 auch gleich oder höher als der erste
Primärstrommaximalwert imaχPi eingestellt werden kann, falls die erste Zündung nicht funktioniert hat. Theoretisch können der erste und der zweite Primärstrommaximalwert imaxPi/ imaχp2 in Abhängigkeit der Eigenschaften des Zündsystems bzw. der Bordnetzspannung so aneinander angepasst werden, dass die Nachladezeit tn beliebig kurz wird und der Zündfunke 24 innerhalb des Zeitfensters quasi permanent brennt. Durch Abschalten des Primärstroms iprim mittels des Zündsteuergeräts 16 wird ein weiterer Zündfunke 24b erzeugt, wodurch der Sekundärstrom isek an der Sekundärseite 14 des Zündtransformators 10 fließt. Dabei ist es in Abhängigkeit der jeweiligen Reaktionsbedingungen während des Verbrennens des Kraftstoffgemischs auch möglich, dass der erste Zündfunke 24a beim Erzeugen des zweiten Zündfunkens 24b noch brennt bzw. noch nicht abgerissen ist, so dass ein kontinuierlich brennender Zündfunke 24 erhalten wird.
Die zuvor beschriebenen Schritte werden zum Erzeugen der weiteren Zündfunken 24c, 24d entsprechend wiederholt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der zweite Primärstrommaximalwert imaχ2 wie gezeigt auf einen konstanten Wert eingestellt wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Primärstrommaximalwert imaxp2 bei jedem Zündvorgang auf einen abweichenden Wert eingestellt wird. Entsprechendes gilt auch für die Einstellung des Sekundärstromminimalwerts imin. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, wird das Steuersignal S mittels des Motorsteuergeräts 26 zum Zeitpunkt tend abgeschaltet und markiert das Ende des Zündvorgangs. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch das zum Zeitpunkt tend bereits begonnene Aufbauen des Primärstroms iprim unverändert bis zum Erreichen des zweiten Primärstrommaximalwerts imaxP2 durchgeführt und der letzte Zündfunke 24d durch Abschalten des Primarstroms iprim in zuvor beschriebener Weise erzeugt. Wie am zeitlichen Verlauf des Sekundarstroms isek erkennbar, brennt der Zündfunke 24d anschließend bis zur vollständigen Entladung des Zundtransformators 10 bzw. der Sekundarseite 14. Wie bereits erwähnt, ist es dabei grundsatzlich möglich, einen kontinuierlich brennenden Zündfunken 24 zu erzeugen. Die Brenndauer aller Zündfunken 24a-d betragt formal (t2- ti) ms und liegt in der Praxis vorzugsweise unter 5 ms und insbesondere zwischen 1,0 ms und 3,0 ms. Es ist dabei zu betonen, dass das beschriebene Verfahren grundsätzlich zum Betreiben aller regelbarer Zündsysteme mit den Eigenschaften des in Fig. 1 gezeigten Zündsystems geeignet und demnach nicht auf das in Fig. 1 gezeigte Zündsystem beschränkt ist.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverlaufe gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel. Dabei sind von oben nach unten der zeitliche Verlauf der an den Elektroden 23a, b der Zündkerze 22 anliegenden Sekundarspannung Usek, der zeitliche Verlauf des Primarstroms ipnm sowie der zeitliche Verlauf der Sekundarstroms isek aufgetragen .
Zunächst wird der Primarstrom iprim an der Primarseite 12 des Zundtransformators 10 aufgebaut, bis ein erster Primarstrommaximalwert imaχPi von 19 A erreicht wird. Das Aufbauen des Primarstroms iprim erfolgt innerhalb einer Schließzeit tsz von 0,6 ms. Nach dem Abschalten des Primarstroms ipnn, brennt der Zündfunke 24a für eine Zeitdauer te von ca. 700 μs . Sobald der Sekundarstrom isek den Sekundarstromminimalwert imin unterschreitet, wird der Primarstrom iprim erneut bis zum Erreichen des zweiten Primarstrommaximalwerts imaχP2 aufgebaut. Der erste und der zweite Primarstrommaximalwert imaχp2 sind dabei vorliegend identisch eingestellt. Die zum Aufbauen benotigte Zeitdauer tn beträgt dabei ca. 350 μs, so dass der zweite Zündfunke 24b beim Abschalten des Primärstroms iprim ca. 1050 μs nach dem ersten Zündfunken 24a erzeugt wird. Die genannten Schritte werden in einem weiteren Verfahrensdurchlauf zum Erzeugen des dritten Zündfunkens 24c angewendet.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die grundlegenden Schritte und Parameter bereits aus der vorherigen Beschreibung zu Fig. 3 bekannt sind. Im Unterschied zum in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der erste Primärstrommaximalwert imaχpi und der Sekundärstromminimalwert irain so aufeinander abgestimmt, dass der Zündfunke 24a im vorliegenden Beispiels für eine
Zeitdauer te von ca. 550 μs brennt. Weiterhin ist der zweite Primärstrommaximalwert imaχp2 niedriger eingestellt als der erste Primärstrommaximalwert imaxpi? wodurch die zum erneuten Aufbauen des Primärstroms iprim benötigte Zeitdauer tn lediglich ca. 220 μs beträgt. Der zweite Zündfunke 24b wird daher beim Abschalten des Primärstroms iprim ca. 770 μs nach dem ersten Zündfunken 24a erzeugt. Insgesamt werden in diesem Ausführungsbeispiel vier Zündfunken 24a-d erzeugt.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm zeitlicher Spannungs- und Stromverläufe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei die grundlegenden Schritte und Parameter bereits aus den vorherigen Beschreibung zu Fig. 3 und Fig. 4 bekannt sind. Im Unterschied zum den vorherigen Ausführungsbeispielen sind der erste Primärstrommaximalwert imaχPi und der
Sekundärstromminimalwert imin so aufeinander abgestimmt, dass der Zündfunke 24a im vorliegenden Beispiels für eine Zeitdauer te von ca. 200 μs brennt. Weiterhin ist der erste und der zweite Primärstrommaximalwert imaxpi, imaxp2 wieder identisch eingestellt, wodurch die zum erneuten Aufbauen des Primärstroms iprim benötigte Zeitdauer tn auf 100 μs verkürzt wird. Der zweite Zündfunke 24b wird daher beim Abschalten des Primärstroms iprim ca. 300 μs nach dem ersten Zündfunken 24a erzeugt. Insgesamt werden in diesem Ausführungsbeispiel 17 Zündfunken 24a-q erzeugt. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass dem Zündsteuergerät 16 die Anzahl der gewünschten Zündfunken 24 innerhalb des beispielsweise durch das Steuersignal S vorgegebenen Zeitfensters vorgegeben wird und dieses die entsprechenden Stromgrenzwerte imaχPi, imaχp2, imin in Abhängigkeit der Eigenschaften des Zündsystems ermittelt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit : einem Zündtransformator (10) mit einer Primärseite (12) und einer Sekundärseite (14), wobei an der Primärseite (12) eine Bordnetzspannung (V) des Kraftfahrzeugs anliegt; einem Zündsteuergerät (16) , mittels welchem ein Primärstrom (iprim) durch die Primärseite (12) des Zündtransformators (10) steuerbar ist; einer Stromerfassungseinrichtung (20), welche mit dem Zündsteuergerät (16) gekoppelt ist und mittels welcher der Primärstrom (iprim) und ein Sekundärstrom (isek) durch die Sekundärseite (14) erfassbar und an das Zündsteuergerät (16) übermittelbar sind; und einer Zündkerze (22) , welche zum Erzeugen von Zündfunken (24) mit der Sekundärseite (14) des Zündtransformators (10) gekoppelt ist, folgende Schritte umfassend: a) Aufbauen des Primärstroms (iprim) an der Primärseite (12) des Zündtransformators (10) mittels des Zündsteuergeräts (16) , bis ein einstellbarer erster Primärstrommaximalwert (imaxPi) erreicht wird; b) Abschalten des Primarstroms (ipriin) zum Erzeugen eines Sekundarstroms (isek) an der Sekundarseite (14) des Zundtransformators (10) ; c) Warten für eine Zeitdauer (te) , bis ein einstellbarer Sekundarstromminimalwert (imin) an der Sekundarseite (14) unterschritten wird; d) Aufbauen des Primarstroms (iPnm) an der Primarseite
(12) des Zundtransformators (10) mittels des Zundsteuergerats (16), bis ein einstellbarer zweiter Primarstrommaximalwert (imaχP2) erreicht wird; und e) Abschalten des Primarstroms (iPnm) mittels des Zundsteuergerats (16) zum Erzeugen des Sekundarstroms (isek) an der Sekundarseite (14) des Zundtransformators (10) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Schritte c) bis e) mehrfach durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis e) unter Berücksichtigung eines Steuersignals (S) eines zugeordneten Motorsteuergerats (26) durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Primarstrommaximalwert (imaχpi) i-n einem Bereich zwischen 8 A und 35 A, bevorzugt zwischen 15 A und 21 A, insbesondere 19 A, und/oder bevorzugt zwischen 25 A und 35 A, eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Primärstrommaximalwert (imaxp2) in einem Bereich bis zu 30% über oder bis zu 30% unter, und insbesondere gleich, dem ersten Primärstrommaximalwert (imaxpi) eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärstromminimalwert (imin) in einem Bereich zwischen 10% und 90%, insbesondere 80%, eines mit dem ersten und/oder dem zweiten Primärstrommaximalwert (imaxi, imax2) korrespondierenden Wertes des Sekundärstroms (isek) eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert des Sekundärstroms (iSek) in einem Bereich zwischen 50 mA und 150 mA, insbesondere 8OmA bis 100 mA, eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) für eine Zeitdauer (te) in einem
Bereich zwischen 150 μs und 750 μs, vorzugsweise 200 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, und/oder 550 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, und/oder 700 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, gewartet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärstrom (iprim) an der Primärseite (12) des Zündtransformators (10) gemäß Schritt d) in einem zeitlichen Bereich (tn) zwischen 80 μs und 400 μs, vorzugsweise innerhalb von 100 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, und/oder innerhalb von 200 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, und/oder innerhalb von 350 μs ± 20%, insbesondere ± 10%, aufgebaut wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Schritte b) bis e) so durchgeführt werden, dass sich eine Brenndauer (t2~ti) der gemäß Schritt b) und Schritt e) erzeugten Zündfunken (24) von bis zu 5 ms, und vorzugsweise zwischen 1,0 ms und 3,0 ms, ergibt .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenndauer (t∑-ti) der Zündfunken (24) unter Berücksichtigung eines Steuersignals eines zugeordneten Entflammungsdetektors des Verbrennungsmotors überprüft wird.
12. Zündsystem für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, umfassend: einen Zündtransformator (10) mit einer Primärseite (12) und einer Sekundärseite (14), wobei an die
Primärseite (12) eine Bordnetzspannung (V) des
Kraftfahrzeugs anlegbar ist; ein Zündsteuergerät (16), mittels welchem ein
Primärstrom (ipr_.m) durch die Primärseite (12) des
Zündtransformators (10) steuerbar ist; eine Stromerfassungseinrichtung (20) , welche mit dem
Zündsteuergerät (16) gekoppelt ist und mittels welcher der Primärstrom (iprim) und ein Sekundärstrom (iSek) durch die Sekundärseite (14) erfassbar und an das Zündsteuergerät (16) übermittelbar sind; und eine Zündkerze (22), welche zum Erzeugen von
Zündfunken (24) mit der Sekundärseite (14) des
Zündtransformators (10) gekoppelt ist, wobei das Zündsteuergerät (16) ausgelegt ist: den Primärstrom (iprim) an der Primärseite (12) des
Zündtransformators (10) aufzubauen, bis ein einstellbarer erster Primärstrommaximalwert (imaxpi) erreicht wird; den Primärstrom (iprim) abzuschalten, um einen
Sekundärstrom (isek) an der Sekundärseite (14) des
Zündtransformators (10) zu erzeugen; für eine Zeitdauer (te) zu warten, bis ein einstellbarer Sekundärstromminimalwert (imin) an der
Sekundärseite (14) unterschritten wird; den Primärstrom (iprim) an der Primärseite (12) des
Zündtransformators (10) aufzubauen, bis ein einstellbarer zweiter Primärstrommaximalwert (imaxp2) erreicht wird; und den Primärstrom (iprim) zum Erzeugen des
Sekundärstroms (isek) an der Sekundärseite (14) des
Zündtransformators (16) abzuschalten.
13. Zündsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zϋndsteuergerät mit einem Motorsteuergerät (26) des Verbrennungsmotors koppelbar ist und ausgelegt ist, den Primärstrom (iprim) in Abhängigkeit eines Steuersignals (S) des Motorsteuergeräts (26) aufzubauen und/oder abzuschalten.
14. Zündsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündsteuergerät (16) zum Ermitteln einer Brenndauer (t2-ti) eines Zündfunkens (24) mit einem Entflammungsdetektor des Verbrennungsmotors koppelbar ist .
15. Zündsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündsystem insbesondere in einen Verbrennungsmotor mit strahlgeführtem Brennverfahren eingebaut ist.
16. Zündsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündsystem insbesondere in einen Verbrennungsmotor mit Schichtladebetrieb eingebaut ist.
17. Zündsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündsystem insbesondere in einen Verbrennungsmotor mit Magerbetrieb eingebaut ist.
18. Zündsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündsteuergerät (16) ausgelegt ist, den ersten und/oder den zweiten Primärstrommaximalwert (imaxpi? imaχp2) und/oder den Sekundärstromminimalwert (imin) in Abhängigkeit einer vorgegebenen Brenndauer (t2~ti) eines Zündfunkens (24) und/oder einer vorgegebenen Schließzeit (tsz) und/oder einer vorgegebenen Anzahl an Zündfunken (24) einzustellen.
PCT/EP2008/004223 2007-07-24 2008-05-28 Verfahren zum betreiben eines zündsystems für einen fremdzündbaren verbrennungsmotor eines kraftfahrzeugs und zündsystem WO2009012836A1 (de)

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