WO2015071047A1 - Zündsystem und verfahren zum betreiben eines zündsystems - Google Patents

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Tim Skowronek
Thomas Pawlak
Wolfgang Sinz
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a
  • Ignition system for an internal combustion engine comprising a first
  • the present invention relates to avoiding unwanted sparking during operation.
  • Ignition systems are used in the prior art to ignite an ignitable mixture in a combustion chamber of a spark-ignition internal combustion engine.
  • a spark gap with electrical energy or electrical voltage is applied, in response to what the forming spark ignited the combustible mixture in the combustion chamber.
  • Exhaust gas recirculation (EGR) rates are derived from requirements for the ignition systems.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • Ignition coil are cached.
  • the high requirements regarding the spark energy results in a large design of the ignition coil. This is consistent with the requirements for small space today
  • a high voltage generator generates the voltage required for the high voltage breakdown at the spark plug High voltage.
  • a bypass eg in the form of a boost converter, provides energy to maintain the spark for continued mixture ignition. In this way, high spark energies can be optimized
  • Funkenstromverlauf be provided despite a reduced design of the ignition system.
  • Spark plug electrodes In contrast, small spark currents can lead to a spark break in turbulent flow in the combustion chamber, if the
  • the aforementioned need is satisfied according to the invention by a method for operating an ignition system.
  • the method is characterized by a need-based provision of spark energy, so that the
  • Spark current can be set to a desired value.
  • the inventive method for operating an ignition system is particularly suitable for a gasoline-fueled internal combustion engine, with particular advantages in spray-guided direct injection and turbocharged high-load EGR
  • the ignition system with which the method according to the invention is carried out comprises a primary voltage generator and a boost converter, wherein the boost converter is set up to maintain a spark generated by means of the primary voltage generator.
  • the boost converter on-board power can be brought to a suitable voltage level and the spark gap supplied.
  • the method according to the invention is characterized by determining a changed energy requirement for a spark to be kept upright by means of the boost converter. In other words, depending on a current operating state, the energy requirement for the spark can vary and such a variation can be determined according to the invention. In response, the
  • Switch-on time of the boost converter ie the time at which the Up converter is turned on, changed to meter the spark energy or Zündfunkenstrom- and voltage as needed.
  • the spark plug wear is reduced by avoiding high spark currents.
  • a particularly strong electrode wear on commercially available spark plugs arises, for example, with spark currents greater than 100 mA.
  • a spark break is avoided by an increase in the output of the boost converter by the turn-on of the boost converter is preferred and the transient of the boost converter in the direction "earlier", in particular before the ignition is moved below a lower spark current threshold If the voltage increases after switching on over several operating cycles of the boost converter, the boost converter can thus provide a higher electrical energy when the mixture ignites, and the reduction of heat loss in the boost converter by a demand-based selection of its switch-on time is an advantage
  • the load on the electrical components is reduced. Therefore, the electrical components can be chosen cheaper in the design of the ignition system according to the invention. Also in the electrical (control) circuit of the boost converter is in the
  • the present invention allows a lower energy consumption and the reliable ignition of the mixture in demanding combustion of the
  • Ignition system from the electrical system (such as a motor vehicle (KFZ) or a
  • Ignition system a reduction in electromagnetic emissions.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • Determining the changed energy requirement preferably comprises measuring a spark current or a spark voltage. This can be done for example by a shunt, over which a current through the
  • Spark gap of the ignition system is determined.
  • the voltage detection can, for example, by means of an electrical circuit, an analog Circuit or a microcontroller, or carried out by an ASIC within the ignition system. In this way, a low or no additional hardware effort for implementing the method according to the invention is required.
  • determining the changed energy requirement comprises comparing a measured electrical characteristic of a spark or a signal received from an electronic controller with an associated reference.
  • the reference can for example be taken from a storage means. This marks, for example, thresholds when
  • threshold values in the form of spark currents and / or ignition spark voltages can be stored as electrical parameters and compared with determined parameters.
  • the electronic control unit for example, an engine control unit or an ignition control device can be used, the transmitter determines signals for the control of the operation of the internal combustion engine and provides. The comparison of measured values or control signals with individual references or threshold values represents a simple mathematical operation which is cost-effective and space-saving to implement in terms of circuitry.
  • the method comprises the step of classifying the electrical characteristic by providing a measurement of the electrical characteristic to a predefined characteristic interval, e.g. is assigned within a storage means of the ignition system.
  • a predefined characteristic interval e.g. is assigned within a storage means of the ignition system.
  • the switch-on can be specified by the control unit by the requirements of
  • Engine operating conditions are determined and taken into account.
  • An example of such is an exhaust gas recirculation in part-load operation, which leads to a relatively homogeneous mixture state within the combustion chamber. In such a case, it is not necessary that the boost converter before the
  • Off time (ignition timing) of the primary voltage generator recommended. In an operating state in which the catalyst is to be heated, in turn, an overlap between the operation of the boost converter and the switch-off (ignition) of the
  • the ignition system can be set up, respectively
  • Characteristic classes allocate suitable switch-on times for the step-up converter.
  • the switch-on times for example, within a
  • the determination of the parameter takes place within an FPGA and / or an ASIC of the ignition system.
  • the aforementioned electronic components are e.g. within the ignition system, in particular in the region of each spark plug for controlling the ignition arranged, wherein the contact with the spark plug, the control of the ignition and
  • Ignition process can take place. Therefore, an implementation of the present invention is possible in this way without additional hardware.
  • the change of the switch-on takes place in response to a reduced power requirement of the ignition system for a successful ignition. If the on-time of the boost converter is delayed from the time of turning off the primary voltage generator (eg, coincident with the time of turning off the primary voltage generator), the output current and / or the output voltage and / or the output power of the boost converter is reduced at the turn-off time of the primary voltage generator leads to a reduction of the corresponding electrical variable at the spark gap. In the reverse
  • the switch-on time is predetermined in a first ignition process as a function of the operating state and determined for the subsequent ignition processes as a function of the determined energy requirement.
  • Characteristic includes, wherein the electrical characteristic in particular a current of the spark and / or a voltage of the spark
  • a comparison quantity is a predetermined upper one
  • Threshold exceeds and / or falls below a predetermined lower threshold.
  • the comparison variable is, for example, the determined parameter or the change of this determined characteristic or the
  • the changing of the switch-on time takes place by shifting the switch-on time to a later point in time relative to the switch-off time of the primary voltage generator, if the exceeding condition is satisfied, or by switching the switch-on time to a relative to the switch-off time of the
  • the ignition system designed for an internal combustion engine by means of which the method according to the invention is carried out, has a step-up converter for maintaining a spark generated by means of a primary voltage generator.
  • the ignition system is characterized by means for determining a change in energy demand for an upright to be maintained by means of the boost converter spark.
  • the means may determine an operating state change of the ignition system or the internal combustion engine, in response to which the spark plug is to be supplied with a changed electrical energy or a changed electrical power, on the one hand a spark break and on the other hand excessive wear of the ignition system avoid.
  • the manipulated variable can be specified via the control unit as a function of the combustion process.
  • the ignition system comprises means for changing a switch-on time of the boost converter in response to a determined energy demand change.
  • These means are set up, according to the changed energy requirement, the switch-on time of the boost converter, for example, with respect to the crank angle of the internal combustion engine of a speed-dependent variable or the switch-off time of the engine
  • the ignition system comprises a shunt, by means of which it is set up to carry out a spark current measurement in order to determine a changed energy requirement.
  • a shunt by means of which it is set up to carry out a spark current measurement in order to determine a changed energy requirement.
  • the ignition system additionally has, for example, storage means by means of which it is set up to classify the current energy requirement. In other words, the measured in the current operating state
  • the storage means can also hold predefined switch-on times for the boost converter, which have proven to be suitable for the respective energy demand classes. In this way, a simple and circuitry cost-effective implementation of the ignition system is possible.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of an ignition system in which the inventive method can be used;
  • Figures 3a, 3b are timing diagrams of electrical characteristics as in the
  • Figure 4 is a flow chart illustrating steps of a
  • FIG. 1 shows a circuit of an ignition system 1, which has a
  • Step-up transformer 2 comprises as a high voltage generator whose
  • Primary side 3 can be supplied from an electrical energy source 5 via a first switch 30 with electrical energy.
  • the step-up transformer 2 consisting of a primary coil 8 and a secondary coil 9 may also be referred to as the first voltage generator or primary voltage generator.
  • a fuse 26 is provided at the entrance of the circuit, in other words at the connection to the electrical energy source 5, a fuse 26 is provided.
  • a capacitance 17 is provided parallel to the input of the circuit or parallel to the electrical energy source 5.
  • the secondary side 4 of the step-up transformer 2 is powered by an inductive coupling of the primary coil 8 and the secondary coil 9 with electrical energy and has a known from the prior art diode 23 for Einschaltfunkenunterd Wegung, which diode may alternatively be replaced by the diode 21.
  • a spark gap 6 is provided against an electrical ground 14, via which the ignition current i 2 should ignite the combustible gas mixture.
  • a boost converter 7 is provided between the electric power source 5 and the secondary side 4 of the step-up transformer 2.
  • the boost converter 7 comprises an inductor 1 5, a switch 27, a capacitor 10 and a diode 16.
  • the inductance 1 5 in the form of a
  • the inductor 1 5 serves as an energy storage to a
  • Transformer is connected without switch directly to the diode 1 6, which in turn is connected via a node to a terminal of a capacitor 10.
  • This connection of the capacity 1 0 is for example via a
  • Step-up converter is fed via the node on the diode 16 in the ignition system and the spark gap 6 is provided.
  • the diode 1 6 is oriented in the direction of the capacitance 10 conductive. Due to the transmission ratio, a switching operation by the switch 27 in the branch of the primary side 1 5_1 also acts on the secondary side 1 5_2. However, since current and voltage according to the gear ratio on one side are higher or lower than on the other side of the transformer, can be for
  • the switch 27 is controlled via a drive 24, which is connected via a driver 25 to the switch 27.
  • a shunt 19 as current measuring means or
  • the measuring signal is supplied to the switch 27.
  • the switch 27 is configured to respond to a defined range of the current i 2 through the secondary coil 9.
  • a Zener diode 21 is connected in the reverse direction parallel to the capacitor 10.
  • the control 24 receives a control signal S H ss- About this, the supply of energy via the boost converter 7 in the secondary side and are turned off.
  • the power of the electrical variable introduced by the step-up converter or into the spark gap for example via the frequency and / or the pulse-pause ratio, can also be controlled via a suitable control signal S H ss.
  • a switch-on time can be shifted via the control signal S H ss when the energy requirement of the spark gap changes.
  • a switching signal 32 is indicated, by means of which the switch 27 can be controlled via the driver 25.
  • the switch 27 When the switch 27 is closed, the inductance 15 is supplied via the electrical energy source 5 with a current which flows directly into the electrical ground 14 when the switch 27 is closed. With open switch 27, the current is conducted through the inductance 15 via the diode 16 to the capacitor 10. The voltage in response to the current in the capacitor 10 adjusting voltage adds to the voltage across the secondary coil 9 of the step-up transformer 2 voltage, whereby the arc is supported at the spark gap 6.
  • the capacitor 10 discharges, so that energy 27 can be brought into the magnetic field of the inductor 15 by closing the switch 27 to recharge this energy to the capacitor 10 at a reopening of the switch 27.
  • Recognizable is the control 31 of the primary side in the third
  • Switching signal 32 for the switch 27 is the case.
  • Upverter 7 supplied energy is passed directly to the spark gap 6, without being guided by the secondary coil 9 of the high voltage generator 2 become. Thus, no losses on the secondary coil 9 and the efficiency increases.
  • a determination according to the invention of a changed energy requirement for the spark is possible through an information technology connection of the engine control unit (MSG) 40, which receives a first signal S 40 for setting an operating point of an internal combustion engine and outputs a corresponding second signal S 40 'to an ASIC 42.
  • the ASIC 42 is further connected to a memory 41, from which references in the form of limits for classes of energy for the current or future required electrical energy to maintain the spark can be read.
  • the ASIC 42 is to influence the
  • the boost converter 7 may be turned on sooner or later in response to receiving the changed switching signal 32, so that the voltage across the diode 10 at the turn-off time of the boost converter 7
  • FIG. 2 shows timing diagrams for a) the ignition coil current i zs , b) the associated one
  • Diagram b also illustrates the current consumption of the boost converter 7, which is achieved by pulsed or clocked driving of the switch 27.
  • clock rates in the range of several tens of kHz have proven to be suitable for realizing appropriate voltages on the one hand and acceptable efficiencies on the other hand.
  • Diagram d) shows the characteristics of the secondary coil current i 2 .
  • Switch 27 is now also the secondary coil current i 2 against 0 A from. Out
  • FIG. 3 a shows highly simplified timing diagrams for illustrating electrical quantities from which the influence of an altered one can be seen
  • the upper partial diagram a) shows the case that the switch-off time t a of the primary voltage generator 2 is identical to the switch-on time t e of the
  • Spark gap depends.
  • the voltage at the spark gap 6 depends in particular on the processes within the combustion chamber of
  • Figure 3b shows the influence of an inventively preferred control 32 7. for the boost converter to switch-off time t a of
  • the boost converter 7 has now reached a significantly increased performance, so that the current l 2 after the turn-off time t a increases significantly until it reaches due to declining energy reserves within the primary voltage generator 2, the horizontal level seen in Figure 3a. Due to the increased efficiency of the boost converter 7, the current l 2 does not fall below the threshold value required for a corresponding minimum power, so that a sufficiently long-lasting
  • FIG. 4 shows a flowchart illustrating steps of a
  • An associated operating parameter is read out for the reference, which can be stored, for example, as an operating parameter class assigned to the measured values, and the starting time of the boost converter is changed accordingly in step 300.
  • the switch-on time may be earlier or later than before and with respect to a crankshaft angle of the internal combustion engine or with respect to
  • Off time of the primary voltage generator can be defined. Due to the changed switch-on time, a high voltage adapted by the step-up converter is supplied to the spark gap, so that tearing off of the spark or unnecessarily high electrode erosion can be avoided.
  • the switch-on time t e is changed in step 300 as a function of the determined operating state and / or depending on the determined energy requirement.
  • the switch-on time t e can be predetermined in a first ignition process as a function of the operating state and dependent on the determined ignition processes for the subsequent ignition processes
  • the determination of the changed energy requirement comprises three steps, wherein in step 100 the determination of an electrical parameter and / or a change of this parameter and / or a rate of change of this characteristic takes place.
  • the electrical parameter may, in particular, be a current of the spark and / or a voltage characterizing a voltage of the spark.
  • step 200 it is checked whether an overflow condition and / or a
  • Underride condition is satisfied by determining whether a
  • Comparison size exceeds a predetermined upper threshold and / or falls below a predetermined lower threshold.
  • the comparison variable is, for example, the determined parameter or the change of this determined parameter or the rate of change of this determined parameter.
  • the switching on of the switch-on time t e in step 300 takes place, for example, by shifting the switch-on time t e to a later point in time relative to the switch-off time t a of the primary voltage generator 2, if the Exceeding condition is met, or by the on-time t e is shifted to a relative to the turn-off time t a of the primary voltage generator 2 earlier time when the underrun condition is met. In this way, the spark current is regulated to a value so that neither sparking threatens nor a strong erosion of the spark plug electrode occurs.
  • the shifting of the switch-on time t e according to the invention in step 300 can take place in predefinable stages or continuously.
  • a computer program may be provided which is set up to carry out all described steps of the method according to the invention.
  • the computer program is stored on a storage medium.
  • the method according to the invention can be provided by an electrical circuit provided in the ignition system, an analogous one
  • Circuit, an ASIC or a microcontroller are controlled, which is configured to perform all the steps described in the inventive method.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems (1) für eine Brennkraftmaschine umfassend einen Primärspannungserzeuger (2) und einen Hochsetzsteller (7) zum Aufrechterhalten eines mittels des Primärspannungserzeugers (2) erzeugten Zündfunkens vorgeschlagen. Erfindungsgemäß folgt einem Ermitteln (100) eines veränderten Energiebedarfes für einen mittels des Hochsetzstellers (7) aufrecht zu erhaltenden Zündfunken ein Verändern (300) eines Einschaltzeitpunktes des Hochsetzstellers (7) relativ zu einem Abschaltzeitpunkt des Primärspannungserzeugers (2).

Description

Beschreibung
Titel
Zündsvstem und Verfahren zum Betreiben eines Zündsvstems Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Zündsystems für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen ersten
Spannungserzeuger (auch„Primärspannungserzeuger") und einen
Hochsetzsteller. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vermeidung eines unerwünschten Funkenabrisses während des Betriebs.
Zündsysteme werden im Stand der Technik verwendet, um zündfähiges Gemisch in einer Brennkammer einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zu entzünden. Hierzu wird eine Zündfunkenstrecke mit elektrischer Energie bzw. elektrischer Spannung beaufschlagt, im Ansprechen worauf der sich ausbildende Zündfunke das brennfähige Gemisch im Brennraum entzündet. Die
Hauptanforderungen an moderne Zündsysteme ergeben sich indirekt aus notwendigen Emissions- und Kraftstoffreduzierungen. Aus entsprechenden motorischen Lösungsansätzen, wie Hochaufladung und Mager-/Schichtbetrieb
(strahlgeführte Direkteinspritzung) in Kombination mit erhöhten
Abgasrückführraten (AGR), leiten sich Anforderungen an die Zündsysteme ab. Die Darstellung erhöhter Zündspannungs- und Energiebedarfe bei erhöhten Temperaturanforderungen sind notwendig. Bei konventionellen induktiven Zündsystemen muss die gesamte zur Entflammung notwendige Energie in der
Zündspule zwischengespeichert werden. Bei den hohen Anforderungen bezüglich der Zündfunkenenergie ergibt sich eine große Bauform der Zündspule. Dies steht mit den Anforderungen an geringe Bauräume heutiger
Motorenkonzepte („Downsizing") in Konflikt. In einer früheren Anmeldung der Anmelderin wurden zwei Hauptfunktionen des Zündsystems durch
unterschiedliche Baugruppen übernommen. Ein Hochspannungserzeuger generiert die für den Hochspannungsdurchschlag an der Zündkerze erforderliche Hochspannung. Ein Bypass, z.B. in Form eines Hochsetzstellers, stellt Energie zur Aufrechterhaltung des Zündfunkens zur fortgeführten Gemischentflammung bereit. Auf diese Weise können hohe Funkenenergien bei optimiertem
Funkenstromverlauf trotz einer reduzierten Bauform des Zündsystems bereitgestellt werden.
Hohe Funkenströme sind zwar gegenüber turbulenter Strömung im Brennraum robuster, führen jedoch bekanntermaßen zu starker Erosion der
Zündkerzenelektroden. Kleine Funkenströme hingegen können bei turbulenter Strömung im Brennraum zu einem Funkenabriss führen, falls die
Zündfunkenenergie bzw. der Funkenstrom eine definierte Grenze unterschreitet. Die vorbekannten Systeme schöpfen das Potential zur Funkenstabilisierung in Zündsystemen nicht zufriedenstellend aus. Offenbarung der Erfindung
Der vorstehend genannte Bedarf wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems gestillt. Das Verfahren zeichnet sich durch eine bedarfsgerechte Bereitstellung von Funkenenergie aus, so dass der
Funkenstrom auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Auf diese
Weise kann ein Kompromiss zwischen Elektrodenerosion und Neigung zu Funkenabriss in geeigneter Weise realisiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems ist für eine benzinbetriebene Brennkraftmaschine besonders geeignet, wobei besondere Vorteile bei strahlgeführten Direkteinspritzungen und per Turbo aufgeladenen Hochlast-AGR
Triebwerken erzielt werden. Das Zündsystem, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, umfasst einen Primärspannungserzeuger und einen Hochsetzsteller, wobei der Hochsetzsteller zum Aufrechterhalten eines mittels des Primärspannungserzeugers erzeugten Funkens eingerichtet ist. Über den Hochsetzsteller kann Bordnetzenergie auf ein geeignetes Spannungsniveau gebracht und der Funkenstrecke zugeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch ein Ermitteln eines veränderten Energiebedarfes für einen mittels des Hochsetzstellers aufrecht zu erhaltenden Zündfunken aus. Mit anderen Worten kann in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustandes der Energiebedarf für den Zündfunken variieren und eine solche Variation erfindungsgemäß ermittelt werden. Im Ansprechen darauf wird der
Einschaltzeitpunkt des Hochsetzstellers, also der Zeitpunkt, an dem der Hochsetzsteller eingeschaltet wird, verändert, um die Zündfunkenenergie bzw. Zündfunkenstrom- und Spannung bedarfsgerecht zu dosieren. Auf diese Weise wird der Zündkerzenverschleiß durch Vermeidung von hohen Funkenströmen reduziert. Ein besonders starker Elektrodenverschleiß an handelsüblichen Zündkerzen stellt sich beispielsweise bei Funkenströmen größer 100 mA ein.
Andererseits wird ein Funkenabriss durch eine Steigerung der Ausgangsleistung des Hochsetzstellers vermieden, indem bei Unterschreitung eines unteren Funkenstromschwellwertes der Einschaltzeitpunkt des Hochsetzstellers vorgezogen und der Einschwingvorgang des Hochsetzstellers in Richtung „früher", insbesondere vor den Zündzeitpunkt, verschoben wird. Da die durch einen Hochsetzsteller erzeugte elektrische Spannung nach dem Einschalten über mehrere Betriebszyklen des Hochsetzstellers ansteigt, kann der Hochsetzsteller somit beim Entflammen des Gemisches eine höhere elektrische Energie bereitstellen. Auch die Reduktion von Verlustwärme im Hochsetzsteller durch bedarfsgerechte Wahl seines Einschaltzeitpunktes ist ein Vorteil der
vorliegenden Erfindung. Die Belastung der elektrischen Bauteile (z.B. eines Hochspannungskondensators zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie) wird verringert. Daher können die elektrischen Bauelemente bei der Auslegung des erfindungsgemäßen Zündsystems kostengünstiger gewählt werden. Auch in der elektrischen (Steuer-) Schaltung des Hochsetzstellers wird bei der
Anpassung der Arbeitsweise des Hochsetzstellers an einen veränderten
Energiebedarf weniger Verlustwärme erzeugt. Insgesamt ermöglicht die vorliegende Erfindung eine geringere Energieaufnahme sowie die zuverlässige Entflammung des Gemisches bei anspruchsvollen Brennverfahren des
Zündsystems aus dem Bordnetz (z.B. eines Kraftfahrzeugs (KFZ) oder eines
PKW), wodurch Kabelquerschnitte kleiner dimensioniert und Verbrauchsvorteile erzielt werden können. Zudem bedeuten geringere Ströme innerhalb des
Zündsystems eine Verringerung elektromagnetischer Emissionen. Mit anderen Worten wird die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt umfasst das Ermitteln des veränderten Energiebedarfes ein Messen eines Zündfunkenstromes oder einer Zündfunkenspannung. Dies kann beispielsweise durch einen Shunt erfolgen, über welchen ein Strom durch die
Zündfunkenstrecke des Zündsystems ermittelt wird. Die Spannungsermittlung kann beispielsweise mit Hilfe eines elektrischen Schaltkreises, einer analogen Schaltung oder eines MikroControllers, oder durch einen ASIC innerhalb des Zündsystems erfolgen. Auf diese Weise ist ein geringer bzw. kein zusätzlicher Hardware-Aufwand zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich.
Weiter bevorzugt umfasst das Ermitteln des veränderten Energiebedarfes ein Vergleichen einer gemessenen elektrischen Kenngröße eines Zündfunkens oder eines von einem elektronischen Steuergerät empfangenen Signals mit einer zugeordneten Referenz. Die Referenz kann beispielsweise einem Speichermittel entnommen werden. Diese kennzeichnet beispielsweise Schwellwerte beim
Überschreiten welcher die Zündfunkenenergie zur Vermeidung von Erosion gesenkt werden sollte und beim Unterschreiten welcher die Zündfunkenenergie zur Vermeidung eines unerwünschten Funkenabrisses erhöht werden sollte. Beispielsweise können Schwellwerte in Form von Zündfunkenströmen und/oder Zündfunkenspannungen als elektrische Kenngrößen abgespeichert und mit ermittelten Kenngrößen verglichen werden. Als das elektronische Steuergerät kann beispielsweise ein Motorsteuergerät oder ein Zündsteuergerät verwendet werden, dessen Auswerteelektronik Signale für die Steuerung des Betriebes der Brennkraftmaschine ermittelt und bereitstellt. Der Vergleich von Messwerten oder Steuersignalen mit einzelnen Referenzen bzw. Schwellwerten stellt eine einfache mathematische Operation dar, die schaltungstechnisch kostengünstig und platzsparend zu implementieren ist.
Weiter bevorzugt umfasst das Verfahren den Schritt eines Klassifizierens der elektrischen Kenngröße, indem ein Messwert für die elektrische Kenngröße einem vordefinierten Kenngrößenintervall z.B. innerhalb eines Speichermittels des Zündsystems zugeordnet wird. Darüber hinaus kann der Einschaltzeitpunkt vom Steuergerät vorgegeben werden, indem die Anforderungen des
Brennverfahrens Berücksichtigung finden. Zum Beispiel können
Motorbetriebszustände ermittelt und berücksichtigt werden. Ein Beispiel für einen solchen ist eine Abgasrückführung im Teillastbetrieb, welcher zu einem relativ homogenen Gemischzustand innerhalb der Brennkammer führt. In einem solchen ist es nicht erforderlich, dass der Hochsetzsteller vor dem
Ausschaltzeitpunkt des Primärspannungserzeugers (Zündzeitpunkt) liegt. In einem Betriebspunkt mit Abgasrückführung in Hochlastbetrieb ist eine
Überschneidung zwischen dem Betrieb des Hochsetzstellers und dem
Ausschaltzeitpunkt (Zündzeitpunkt) des Primärspannungserzeugers empfehlenswert. In einem Betriebszustand, in welchem der Katalysator aufgeheizt werden soll, ist wiederum eine Überschneidung zwischen dem Betrieb des Hochsetzstellers und dem Ausschaltzeitpunkt (Zündzeitpunkt) des
Primärspannungserzeugers nicht erforderlich. In einem Schichtbetrieb wiederum herrscht eine inhomogene Gemischzusammensetzung innerhalb der
Brennkammer, bei welchem eine Überschneidung zwischen dem Betrieb des Hochsetzstellers und dem Ausschaltzeitpunkt des Primärspannungserzeugers vorteilhaft ist. Dabei kann das Zündsystem eingerichtet sein, jeweiligen
Kenngrößenklassen geeignete Einschaltzeitpunkte für den Hochsetzsteller zuzuordnen. Die Einschaltzeitpunkte können beispielsweise innerhalb eines
Speichermittels des Zündsystems der jeweiligen Kenngrößenklasse zugeordnet sein und im Ansprechen auf ein Klassifizieren bei einer Bestimmung des
Einschaltzeitpunktes des Hochsetzstellers angewendet werden. Auch diese Operation ist eine wenig aufwendige und schaltungstechnisch einfach und schnell realisierbare Möglichkeit zur Implementierung der vorliegenden
Erfindung.
Weiter bevorzugt erfolgt das Ermitteln der Kenngröße innerhalb eines FPGA und/oder eines ASICs des Zündsystems. Die vorgenannten elektronischen Bauelemente sind z.B. innerhalb des Zündsystems insbesondere im Bereich einer jeden Zündkerze zur Steuerung des Zündvorgangs angeordnet, wobei über die Kontaktierung mit der Zündkerze die Steuerung des Zünd- und
Entflammungsvorgangs erfolgen kann. Daher ist eine Implementierung der vorliegenden Erfindung auf diese Weise ohne zusätzlichen Hardwareaufwand möglich.
Weiter bevorzugt erfolgt das Verändern des Einschaltzeitpunktes im Ansprechen auf einen verminderten Energiebedarf des Zündsystems für eine erfolgreiche Zündung. Wird der Einschaltzeitpunkt des Hochsetzstellers gegenüber dem Zeitpunkt eines Abschaltens des Primärspannungserzeugers verzögert (so dass er z.B. mit dem Zeitpunkt eines Abschaltens des Primärspannungserzeugers zusammenfällt), wird der Ausgangsstrom und/oder die Ausgangsspannung und/oder die Ausgangsleistung des Hochsetzstellers zum Ausschaltzeitpunkt des Primärspannungserzeugers verringert, was zu einer Verringerung der entsprechenden elektrischen Größe an der Funkenstrecke führt. Im umgekehrten
Fall führt im Ansprechen auf einen erhöhten Energiebedarf ein gegenüber dem Zeitpunkt eines Abschaltens des Primärspannungserzeugers vorgezogenes Einschalten des Hochsetzstellers zu einer Erhöhung von dem Ausgangsstrom und/oder der Ausgangsspannung und/oder der Ausgangsleistung des
Hochsetzstellers. Auf diese Weise kann sowohl eine Funkenerosion als auch ein Abreißen des Zündfunkens wirksam vermieden bzw. verringert werden.
Sehr vorteilhaft ist, wenn der Einschaltzeitpunkt abhängig von dem
Betriebszustand und/oder abhängig von dem ermittelten Energiebedarf verändert wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Einschaltzeitpunkt in einem ersten Zündvorgang abhängig von dem Betriebszustand vorgegeben und für die nachfolgenden Zündvorgänge abhängig vom ermittelten Energiebedarf bestimmt.
Auf diese Weise wird bedarfsgerecht Funkenenergie bereitgestellt.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn das Ermitteln des veränderten Energiebedarfes in einem ersten Schritt das Ermitteln einer elektrischen Kenngröße und/oder einer Änderung dieser Kenngröße und/oder einer Änderungsgeschwindigkeit dieser
Kenngröße umfasst, wobei die elektrische Kenngröße insbesondere ein Strom des Zündfunkens und/oder eine eine Spannung des Zündfunkens
charakterisierende Spannung sein kann. In einem zweiten Schritt wird geprüft, ob eine Überschreitungsbedingung und/oder eine Unterschreitungsbedingung erfüllt ist, indem ermittelt wird, ob eine Vergleichsgröße einen vorbestimmten oberen
Schwellwert überschreitet und/oder einen vorbestimmten unteren Schwellwert unterschreitet. Die Vergleichsgröße ist beispielsweise die ermittelte Kenngröße oder die Änderung dieser ermittelten Kenngröße oder die
Änderungsgeschwindigkeit dieser ermittelten Kenngröße. Das Verändern des Einschaltzeitpunktes erfolgt, indem der Einschaltzeitpunkt zu einem relativ zu dem Abschaltzeitpunkt des Primärspannungserzeugers späteren Zeitpunkt verschoben wird, wenn die Überschreitungsbedingung erfüllt ist, oder indem der Einschaltzeitpunkt zu einem relativ zu dem Abschaltzeitpunkt des
Primärspannungserzeugers früheren Zeitpunkt verschoben wird, wenn die Unterschreitungsbedingung erfüllt ist. Auf diese Weise wird der Funkenstrom auf einen Wert geregelt, so dass weder ein Funkenabriss droht noch eine starke Erosion der Zündkerzenelektrode auftritt.
Das für eine Brennkraftmaschine ausgebildete Zündsystem, mittels dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, weist einen Hochsetzsteller zum Aufrechterhalten eines mittels eines Primärspannungserzeugers erzeugten Funkens auf. Das Zündsystem kennzeichnet sich durch Mittel zum Ermitteln eines veränderten Energiebedarfes für einen mittels des Hochsetzstellers aufrecht zu erhaltenden Zündfunken. Mit anderen Worten, können die Mittel eine Betriebszustandsveränderung des Zündsystems bzw. der Brennkraftmaschine ermitteln, im Ansprechen auf welche die Zündkerze mit einer veränderten elektrischen Energie bzw. einer veränderten elektrischen Leistung zu versorgen ist, um einerseits einen Funkenabriss und andererseits einen übermäßigen Verschleiß des Zündsystems zu vermeiden. Darüber hinaus kann die Stellgröße über das Steuergerät in Abhängigkeit des Brennverfahrens vorgegeben werden. Zusätzlich umfasst das erfindungsgemäße Zündsystem Mittel zum Verändern eines Einschaltzeitpunktes des Hochsetzstellers im Ansprechen auf eine ermittelte Energiebedarfsänderung. Diese Mittel sind eingerichtet, entsprechend dem veränderten Energiebedarf den Einschaltzeitpunkt des Hochsetzstellers beispielsweise gegenüber dem Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine einer drehzahlabhängigen Größe oder dem Abschaltzeitpunkt des
Primärspannungserzeugers zu justieren, um der Funkenstrecke eine modifizierte
Leistung zuzuführen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich daraus ergebenden Vorteile entsprechen im Wesentlichen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Beispielsweise umfasst das Zündsystem einen Shunt, mittels welchem es eingerichtet ist, eine Zündfunkenstrommessung durchzuführen, um einen veränderten Energiebedarf zu ermitteln. Alternativ kann über eine
Spannungsmessung ein Rückschluss auf die Höhe des Funkenstromes erfolgen. Durch den Betrieb des Hochsetzstellers wird eine definierte Leistung abgegeben.
Somit stehen Strom und Spannung in einer festen Beziehung zueinander. Die Spannungsmessung über dem Shunt kann beispielsweise über einen FPGA und/oder einen ASIC des Zündsystems erfolgen. Zusätzlich kann auch eine ohne Verwendung eines Shunts ermittelte Zündfunkenspannung durch die
vorgenannten integrierten Schaltungen zur Ermittlung eines geänderten
Energiebedarfes der Zündfunkenstrecke verwendet werden. Als zu ermittelnde elektrische Kenngröße kommen auch hier Ströme, Spannungen und/oder Leistungen in Frage. Da aktuelle Zündsysteme mitunter einen ASIC an einer jeden Brennkammer oder an jeder Zündkerze, umfassen, kann die Realisierung des Zündsystems mit minimalem oder gänzlich ohne zusätzlichen Hardware-
Aufwand realisiert werden. Das Zündsystem weist zusätzlich beispielsweise Speichermittel auf, mittels welcher es eingerichtet ist, den aktuellen Energiebedarf zu klassifizieren. Mit anderen Worten kann der im aktuellen Betriebszustand gemessene
Energiebedarf mit Energiebedarfsklassen innerhalb der Speichermittel verglichen werden. Die Speichermittel können zudem vordefinierte Einschaltzeitpunkte für den Hochsetzsteller bereithalten, welche sich als geeignet für die jeweiligen Energiebedarfsklassen herausgestellt haben. Auf diese Weise ist eine einfache und schaltungstechnisch kostengünstige Realisierung des Zündsystems möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
Figur 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Zündsystems, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden kann;
Figur 2 Zeitdiagramme zu elektrischen Kenngrößen wie sie beim
Betrieb des in Figur 1 dargestellten Zündsystems auftreten können;
Figuren 3a, 3b Zeitdiagramme zu elektrischen Kenngrößen wie sie beim
erfindungsgemäßen Betrieb des in Figur 1 dargestellten Zündsystems auftreten können; und
Figur 4 ein Flussdiagramm, veranschaulichend Schritte eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Schaltung eines Zündsystems 1 , welches einen
Aufwärtstransformator 2 als Hochspannungserzeuger umfasst, dessen
Primärseite 3 aus einer elektrischen Energiequelle 5 über einen ersten Schalter 30 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Der Aufwärtstransformator 2 bestehend aus einer Primärspule 8 und einer Sekundärspule 9 kann auch als erster Spannungserzeuger oder Primärspannungserzeuger bezeichnet werden. Am Eingang der Schaltung, mit anderen Worten also am Anschluss zur elektrischen Energiequelle 5, ist eine Sicherung 26 vorgesehen. Zur
Stabilisierung der Eingangsspannung ist darüber hinaus eine Kapazität 17 parallel zum Eingang der Schaltung bzw. parallel zur elektrischen Energiequelle 5 vorgesehen. Die Sekundärseite 4 des Aufwärtstransformators 2 wird über eine induktive Kopplung der Primärspule 8 und der Sekundärspule 9 mit elektrischer Energie versorgt und weist eine aus dem Stand der Technik bekannte Diode 23 zur Einschaltfunkenunterdrückung auf, wobei diese Diode alternativ durch die Diode 21 ersetzt werden kann. In einer Masche mit der Sekundärspule 9 und der Diode 23 ist eine Funkenstrecke 6 gegen eine elektrische Masse 14 vorgesehen, über welche der Zündstrom i2 das brennfähige Gasgemisch entflammen soll. Ein Hochsetzsteller 7 ist zwischen der elektrischen Energiequelle 5 und der Sekundärseite 4 des Aufwärtstransformators 2 vorgesehen. Der Hochsetzsteller 7 umfasst eine Induktivität 1 5, einen Schalter 27, eine Kapazität 10 und eine Diode 16. In dem Hochsetzsteller 7 ist die Induktivität 1 5 in Form eines
Transformators mit einer Primärseite 15 1 und einer Sekundärseite 1 5_2 vorgesehen. Die Induktivität 1 5 dient hierbei als Energiespeicher, um einen
Stromfluss aufrecht zu erhalten. Zwei erste Anschlüsse der Primärseite 1 5 1 und der Sekundärseite 1 5_2 des Transformators sind jeweils mit der elektrischen Energiequelle 5 bzw. der Sicherung 26 verbunden. Dabei ist ein zweiter
Anschluss der Primärseite 15 1 über den Schalter 27 mit der elektrischen Masse
14 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Sekundärseite 15_2 des
Transformators ist ohne Schalter direkt mit der Diode 1 6 verbunden, die wiederum über einen Knotenpunkt mit einem Anschluss einer Kapazität 10 verbunden ist. Dieser Anschluss der Kapazität 1 0 ist beispielsweise über einen
Shunt 1 9 mit der Sekundärspule 9 und ein anderer Anschluss der Kapazität 10 ist mit der elektrischen Masse 14 verbunden. Die Ausgangsleistung des
Hochsetzstellers wird über den Knotenpunkt an der Diode 16 in das Zündsystem eingespeist und der Funkenstrecke 6 zur Verfügung gestellt.
Die Diode 1 6 ist in Richtung der Kapazität 10 leitfähig orientiert. Aufgrund des Übertragungsverhältnisses wirkt ein Schaltvorgang durch den Schalter 27 im Zweig der Primärseite 1 5_1 auch auf der Sekundärseite 1 5_2. Da jedoch Strom und Spannung gemäß dem Übersetzungsverhältnis auf der einen Seite höher bzw. niedriger als auf der anderen Seite des Transformators sind, lassen sich für
Schaltvorgänge günstigere Dimensionierungen für den Schalter 27 finden.
Beispielsweise können geringere Schaltspannungen realisiert werden, wodurch die Dimensionierung des Schalters 27 einfacher und kostengünstiger möglich ist. Gesteuert wird der Schalter 27 über eine Ansteuerung 24, welche über einen Treiber 25 mit dem Schalter 27 verbunden ist. Zwischen der Kapazität 10 und der Sekundärspule 9 ist ein Shunt 19 als Strommessmittel oder
Spannungsmessmittel vorgesehen, dessen Messsignal dem Schalter 27 zugeführt wird. Auf diese Weise ist der Schalter 27 eingerichtet, auf einen definierten Bereich der Stromstärke i2 durch die Sekundärspule 9 zu reagieren. Zur Absicherung der Kapazität 10 ist eine Zenerdiode 21 in Sperrrichtung parallel zur Kapazität 10 geschaltet. Überdies erhält die Ansteuerung 24 ein Steuersignal SHss- Über dieses kann die Einspeisung von Energie über den Hochsetzsteller 7 in die Sekundärseite ein- und ausgeschaltet werden. Dabei kann auch die Leistung der durch den Hochsetzsteller bzw. in die Funkenstrecke eingebrachten elektrischen Größe, beispielsweise über die Frequenz und/oder das Puls-Pause- Verhältnis über ein geeignetes Steuersignal SHss gesteuert werden. Zudem kann über das Steuersignal SHss erfindungsgemäß ein Einschaltzeitpunkt verschoben werden, wenn sich der Energiebedarf der Zündfunkenstrecke ändert. Des Weiteren ist ein Schaltsignal 32 angedeutet, mittels dessen der Schalter 27 über den Treiber 25 angesteuert werden kann. Bei geschlossenem Schalter 27 wird die Induktivität 15 über die elektrische Energiequelle 5 mit einem Strom versorgt, welcher bei geschlossenem Schalter 27 unmittelbar in die elektrische Masse 14 fließt. Bei offenem Schalter 27 wird der Strom durch die Induktivität 15 über die Diode 16 auf den Kondensator 10 geleitet. Die sich im Ansprechen auf den Strom im Kondensator 10 einstellende Spannung addiert sich zu der über der Sekundärspule 9 des Aufwärtstransformators 2 abfallenden Spannung, wodurch der Lichtbogen an der Funkenstrecke 6 gestützt wird. Dabei entlädt sich jedoch der Kondensator 10, so dass durch Schließen des Schalters 27 Energie in das magnetische Feld der Induktivität 15 gebracht werden kann, um bei einem erneuten Öffnen des Schalters 27 diese Energie wieder auf den Kondensator 10 zu laden. Erkennbar wird die Ansteuerung 31 des in der Primärseite 3
vorgesehenen Schalters 30 deutlich kürzer gehalten, als dies durch das
Schaltsignal 32 für den Schalter 27 der Fall ist. Optional kann ein nichtlinearer Zweipol, durch eine gestrichelt dargestellte Hochspannungsdiode 33
symbolisiert, der sekundärseitigen Spule 9 des Hochsetzstellers 7 parallel geschaltet werden. Diese Hochspannungsdiode 33 überbrückt den
Hochspannungserzeuger 2 sekundärseitig, wodurch die durch den
Hochsetzsteller 7 gelieferte Energie direkt an die Funkenstrecke 6 geführt wird, ohne durch die Sekundärspule 9 des Hochspannungserzeugers 2 geführt zu werden. Somit entstehen keine Verluste über der Sekundärspule 9 und der Wirkungsgrad steigt. Eine erfindungsgemäße Ermittlung eines veränderten Energiebedarfes für den Zündfunken ist durch eine informationstechnische Anbindung des Motorsteuergerätes (MSG) 40 möglich, welches ein erstes Signal S40 zur Einstellung eines Betriebspunktes einer Brennkraftmaschine erhält und ein korrespondierendes zweites Signal S40' an ein ASIC 42 ausgibt. Das ASIC 42 ist weiter an einen Speicher 41 angebunden, aus welchem Referenzen in Form von Grenzwerten für Klassen von Energie für die aktuell oder zukünftig erforderliche elektrische Energie zur Aufrechterhaltung des Zündfunkens ausgelesen werden können. Das ASIC 42 ist zur Beeinflussung des
Einschaltzeitpunktes des Hochsetzstellers 7 eingerichtet, die Ansteuerung 24 mit einem bedarfsgemäß modifizierten bzw. zeitlich verschobenen Steuersignal SHss zu versorgen, im Ansprechen auf welches der Treiber 25 den Schalter 27 mit einem geänderten bzw. zeitlich verschobenen Schaltsignal 32 versorgt.
Beispielsweise kann der Hochsetzsteller 7 im Ansprechen auf den Erhalt des geänderten Schaltsignals 32 früher oder später eingeschaltet werden, so dass die elektrische Spannung über der Diode 10 zum Abschaltzeitpunkt des
Schalters 30 niedriger oder höher ist. Figur 2 zeigt Zeitdiagramme für a) den Zündspulenstrom izs, b) den zugehörigen
Hochsetzstellerstrom iHss , c) die ausgangsseitige Spannung über der
Funkenstrecke 6, d) den Sekundärspulenstrom \2 für das in Figur 1 dargestellte Zündsystem ohne (501 ) und mit (502) Verwendung des Hochsetzstellers 7, e) das Schaltsignal 31 des Schalters 30 und f) das Schaltsignal 32 des Schalters 27. Im Detail: Diagramm a) zeigt einen kurzen und steilen Anstieg des
Primärspulenstroms iZs , welcher sich während derjenigen Zeit einstellt, in welcher sich der Schalter 30 im leitenden Zustand („ON", siehe Diagramm 3e) befindet. Mit Ausschalten des Schalters 30 fällt auch der Primärspulenstrom izs auf 0 A ab. Diagramm b) veranschaulicht überdies die Stromaufnahme des Hochsetzstellers 7, welche durch eine pulsförmige oder getaktete Ansteuerung des Schalters 27 zustande kommt. In der Praxis haben sich als Schaltfrequenz Taktraten im Bereich mehrerer zehn kHz bewährt, um einerseits entsprechende Spannungen und andererseits akzeptable Wirkungsgrade zu realisieren.
Beispielhaft seien die ganzzahligen Vielfachen von 10000 Hz im Bereich zwischen 10 und 100 kHz als mögliche Bereichsgrenzen genannt. Zur Regelung der an die Funkenstrecke abgegebenen Leistung während eines bestehenden Zündfunkens empfiehlt sich dabei eine, insbesondere stufenlose, Regelung des Puls-Pause-Verhältnisses des Signals 32 zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals. Diagramm c) zeigt den Verlauf 34 der sich beim
erfindungsgemäßen Betrieb an der Funkenstrecke 6 einstellenden Spannung. Diagramm d) zeigt die Verläufe des Sekundärspulenstroms i2. Sobald sich der Primärspulenstrom izs aufgrund eines Öffnens des Schalters 30 zu 0 A ergibt und sich damit die im Aufwärtstransformator gespeicherte magnetische Energie in Form eines Lichtbogens über der Funkenstrecke 6 entlädt, stellt sich ein
Sekundärspulenstrom i2 ein, der ohne Hochsetzsteller (501 ) rasch gegen 0 abfällt. Im Gegensatz hierzu wird durch eine pulsförmige Ansteuerung (siehe Diagramm f, Schaltsignal 32) des Schalters 27 ein im Wesentlichen konstanter
Sekundärspulenstrom i2 (502) über die Funkenstrecke 6 getrieben, wobei der Sekundärstrom i2 von der Brennspannung an der Funkenstrecke 6 abhängt und hier der Einfachheit halber von einer konstanten Brennspannung ausgegangen wird. Erst nach Unterbrechung des Hochsetzstellers 7 durch Öffnen des
Schalters 27 fällt nun auch der Sekundärspulenstrom i2 gegen 0 A ab. Aus
Diagramm d) ist erkennbar, dass die abfallende Flanke durch die Verwendung des Hochsetzstellers 7 verzögert wird. Die gesamte Zeitdauer, während welcher der Hochsetzsteller verwendet wird, ist als tHss und die Zeitdauer, während welcher Energie primärseitig in den Aufwärtstransformator 2 gegeben wird, als t, gekennzeichnet. Der Startzeitpunkt von tHss gegenüber t, kann variabel gewählt werden. Zudem ist es auch möglich, durch einen (nicht- dargestellten) zusätzlichen DC-DC-Wandler die von der elektrischen Energiequelle gelieferte Spannung zu erhöhen, bevor diese im Hochsetzsteller 7 weiter verarbeitet wird. Es sei zur Kenntnis genommen, dass konkrete Auslegungen von vielen schaltungsinhärenten und externen Randbedingungen abhängen. Es stellt den befassten Fachmann vor keine unzumutbaren Probleme, die für seinen Zweck und die von ihm zu berücksichtigenden Randbedingungen geeigneten
Dimensionierungen selbst vorzunehmen. Figur 3a zeigt stark vereinfachte Zeitdiagramme zur Veranschaulichung elektrischer Größen, aus welchen der Einfluss eines veränderten
Einschaltzeitpunktes te des Hochsetzstellers 7 auf die Energie an der
Funkenstrecke 6 in Form eines sekundärseitigen Stromes \2 erkennbar wird. Das obere Teildiagramm a) zeigt den Fall, dass der Ausschaltzeitpunkt ta des Primärspannungserzeugers 2 identisch dem Einschaltzeitpunkt te des
Hochsetzstellers 7 ist. Zum Ausschaltzeitpunkt ta sinkt die Stromstärke des Stroms l2 stark ab und unterschreitet den Minimalwert lmin, welcher zur Sicherstellung eines stabilen Zündfunkens erforderlich ist. Mit anderen Worten unterschreitet der Strom l2 einen Schwellwert, der sich als minimaler
Zündfunkenstrom lmin beschreiben lässt und von der Spannung an der
Funkenstrecke abhängt. Die Spannung an der Funkenstrecke 6 hängt dabei insbesondere von den Vorgängen innerhalb der Brennkammer der
Brennkraftmaschine ab. Da der Hochsetzsteller 7 zum Zeitpunkt seines
Einschaltens te noch nicht seine maximale Leistungsfähigkeit erreicht hat, fängt er den abfallenden Strom l2 zu spät ab, der auf diese Weise ca. 0,75 ms unterhalb des Grenzwertes lmin verweilt. Erst ca. eine Millisekunde nach dem Ausschalten des Primärspannungserzeugers 2 ist der Strom l2 stabil und verläuft im Wesentlichen horizontal, bis das Ansteuersignal 32 den Hochsetzsteller 7 abschaltet.
Figur 3b zeigt den Einfluss einer erfindungsgemäß vorgezogenen Ansteuerung 32 für den Hochsetzsteller 7. Zum Abschaltzeitpunkt ta des
Primärspannungserzeugers 2 hat der Hochsetzsteller 7 nun eine deutlich erhöhte Leistungsfähigkeit erreicht, so dass der Strom l2 nach dem Abschaltzeitpunkt ta deutlich ansteigt, bis er aufgrund abfallender Energiereserven innerhalb des Primärspannungserzeugers 2 das auch in Figur 3a erkennbare horizontale Niveau erreicht. Aufgrund der erhöhten Leistungsfähigkeit des Hochsetzstellers 7 unterschreitet der Strom l2 den für eine korrespondierende Minimalleistung erforderlichen Schwellwert nicht, so dass ein andauernd hinreichender
Energieeintrag in die Funkenstrecke 6 erfolgt. Erst nach Abschalten des
Ansteuersignais 32 für den Hochsetzsteller 7 fällt der Strom l2 stark ab und der Zündfunke erlischt. Somit kann erfindungsgemäß durch Variation des
Einschaltzeitpunktes te des Hochsetzstellers 7 erheblicher Einfluss auf die der Funkenstrecke 6 zur Verfügung gestellte Energie genommen werden. Auf diese Weise kann ein unerwünschtes Abreißen des Zündfunkens ebenso wie unnötige Funkenerosion an den Elektroden der Zündfunkenstrecke 6 wirksam vermieden werden.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird in Schritt 100 ein veränderter Energiebedarf für einen mittels des Hochsetzstellers aufrecht zu erhaltenden Zündfunken ermittelt. Im Zuge dessen wird eine
Messung einer elektrischen Betriebsgröße des Zündsystems (insbesondere der Zündfunkenstrecke) durchgeführt und der ermittelte Wert in Schritt 200 mit einer abgespeicherten Referenz verglichen. Zu der Referenz, welche beispielsweise als den Messwerten zugeordnete Betriebsgrößenklasse abgespeichert sein kann, wird ein zugehöriger Betriebsparameter ausgelesen und in Schritt 300 der Einschaltzeitpunkt des Hochsetzstellers entsprechend verändert. Beispielsweise kann der Einschaltzeitpunkt früher oder später als zuvor liegen und gegenüber einem Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine oder gegenüber dem
Ausschaltzeitpunkt des Primärspannungserzeugers definiert werden. Durch den veränderten Einschaltzeitpunkt wird eine durch den Hochsetzsteller angepasste Hochspannung an die Funkenstrecke geliefert, so dass ein Abreißen des Funkens bzw. eine unnötig hohe Elektrodenerosion vermieden werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Einschaltzeitpunkt te im Schritt 300 abhängig von dem ermittelten Betriebszustand und/oder abhängig von dem ermittelten Energiebedarf verändert. Insbesondere kann der Einschaltzeitpunkt te in einem ersten Zündvorgang abhängig von dem Betriebszustand vorgegeben und für die nachfolgenden Zündvorgänge abhängig vom ermittelten
Energiebedarf bestimmt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Ermitteln des veränderten Energiebedarfes drei Schritte, wobei im Schritt 100 das Ermitteln einer elektrischen Kenngröße und/oder einer Änderung dieser Kenngröße und/oder einer Änderungsgeschwindigkeit dieser Kenngröße erfolgt. Die elektrische Kenngröße kann insbesondere ein Strom des Zündfunkens und/oder eine eine Spannung des Zündfunkens charakterisierende Spannung sein. Im Schritt 200 wird geprüft, ob eine Überschreitungsbedingung und/oder eine
Unterschreitungsbedingung erfüllt ist, indem ermittelt wird, ob eine
Vergleichsgröße einen vorbestimmten oberen Schwellwert überschreitet und/oder einen vorbestimmten unteren Schwellwert unterschreitet. Die
Überschreitungsbedingung ist erfüllt, wenn die Vergleichsgröße den
vorbestimmten oberen Schwellwert überschreitet. Die
Unterschreitungsbedingung ist erfüllt, wenn die Vergleichsgröße den
vorbestimmten unteren Schwellwert unterschreitet. Die Vergleichsgröße ist beispielsweise die ermittelte Kenngröße oder die Änderung dieser ermittelten Kenngröße oder die Änderungsgeschwindigkeit dieser ermittelten Kenngröße. Das Verändern des Einschaltzeitpunktes te im Schritt 300 erfolgt beispielsweise, indem der Einschaltzeitpunkt te zu einem relativ zu dem Abschaltzeitpunkt ta des Primärspannungserzeugers 2 späteren Zeitpunkt verschoben wird, wenn die Uberschreitungsbedingung erfüllt ist, oder indem der Einschaltzeitpunkt te zu einem relativ zu dem Abschaltzeitpunkt ta des Primärspannungserzeugers 2 früheren Zeitpunkt verschoben wird, wenn die Unterschreitungsbedingung erfüllt ist. Auf diese Weise wird der Funkenstrom auf einen Wert geregelt, so dass weder ein Funkenabriss droht noch eine starke Erosion der Zündkerzenelektrode auftritt. Das erfindungsgemäße Verschieben des Einschaltzeitpunktes te im Schritt 300 kann in vorgebbaren Stufen oder kontinuierlich erfolgen.
Es kann ein Computerprogramm vorgesehen sein, das dazu eingerichtet ist, alle beschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Dabei ist das Computerprogramm auf einem Speichermedium gespeichert. Alternativ zu dem Computerprogramm kann das erfindungsgemäße Verfahren von einem im Zündsystem vorgesehenen elektrischen Schaltkreis, einer analogen
Schaltung, einem ASIC oder einem MikroController gesteuert werden, der dazu eingerichtet ist, alle beschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften
Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems (1 ) für eine
Brennkraftmaschine umfassend einen Primärspannungserzeuger (2) und einen Hochsetzsteller (7) zum Aufrechterhalten eines mittels des
Primärspannungserzeugers (2) erzeugten Zündfunkens, gekennzeichnet durch
- Ermitteln (100) eines veränderten Energiebedarfes für einen mittels des Hochsetzstellers (7) aufrecht zu erhaltenden Zündfunken, und im Ansprechen darauf
- Verändern (300) eines Einschaltzeitpunktes (te) des
Hochsetzstellers (7) relativ zu einem Abschaltzeitpunkt (ta) des Primärspannungserzeugers (2) oder relativ zu einem
Kurbelwellenwinkel einer mit dem Zündsystem (1 ) versehenen Brennkraftmaschine.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Ermitteln (100) des veränderten Energiebedarfes ein Messen eines Zündfunkenstromes (i2) und/oder einer Zündfunkenspannung und/oder einer der Zündfunkenspannung
entsprechenden Messspannung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (100) des veränderten Energiebedarfes ein Ermitteln eines
Betriebszustands umfasst, insbesondere durch Empfangen eines Signals von einem elektronischen Steuergerät (40), insbesondere einem
Motorsteuergerät.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei
- wobei das Verändern des Einschaltzeitpunktes ein Auslesen eines dem ermittelten Betriebszustand zugeordneten Einschaltzeitpunktes umfasst, und/oder
- wobei das Verändern des Einschaltzeitpunktes ein Klassifizieren des Betriebszustandes und ein Anwenden eines der ermittelten Klasse zugeordneten Einschaltzeitpunktes erfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ermitteln (100) des veränderten Energiebedarfes ein Vergleichen (200) einer gemessenen elektrischen Kenngröße eines Zündfunkens oder eines von einem elektronischen Steuergerät (40) generierten Signals (S'40) mit einer zugeordneten Referenz umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 3, weiter umfassend
- Klassifizieren (200) des Ergebnisses des Vergleichens (200), und
- Verändern (300) eines Einschaltzeitpunktes des Hochsetzstellers (7) in Abhängigkeit eines der Klasse zugeordneten Parameters.
7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verändern (300) des
Einschaltzeitpunktes im Ansprechen auf einen verminderten Energiebedarf zu einem Einschalten des Hochsetzstellers (7) zu einem späteren Zeitpunkt führt, und/oder im Ansprechen auf einen erhöhten Energiebedarf zu einem früheren Einschalten des Hochsetzstellers (7) führt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei
- das Ermitteln (100) eines veränderten Energiebedarfes im Zuge eines ersten Zündvorgangs erfolgt, und
- das Verändern (300) des Einschaltzeitpunktes im Zuge eines
zweiten, darauffolgenden Zündvorgangs erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Einschaltzeitpunkt (te) abhängig von dem ermittelten Betriebszustand und/oder abhängig von dem ermittelten Energiebedarf verändert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Einschaltzeitpunkt (te) in einem ersten Zündvorgang abhängig von dem Betriebszustand vorgegeben und für die nachfolgenden Zündvorgänge abhängig vom ermittelten Energiebedarf bestimmt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (100) des veränderten Energiebedarfes die Schritte umfasst:
- Ermitteln einer elektrischen Kenngröße und/oder einer Änderung der Kenngröße und/oder einer Änderungsgeschwindigkeit der Kenngröße, wobei die elektrische Kenngröße insbesondere ein Strom des Zündfunkens und/oder eine eine Spannung des Zündfunkens charakterisierende Spannung ist,
- Ermitteln, ob eine Überschreitungsbedingung und/oder
Unterschreitungsbedingung erfüllt ist, indem ermittelt wird, ob eine Vergleichsgröße einen vorbestimmten oberen Schwellwert überschreitet und/oder einen vorbestimmten unteren Schwellwert unterschreitet, wobei die Vergleichsgröße die ermittelte Kenngröße oder die Änderung der ermittelten Kenngröße oder die Änderungsgeschwindigkeit der ermittelten Kenngröße ist,
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei Verändern (300) des
Einschaltzeitpunktes (te) den folgenden Schritt umfasst:
- Verändern (300) des Einschaltzeitpunktes zu einem relativ zu dem Abschaltzeitpunkt (ta) des Primärspannungserzeugers (2) späteren Zeitpunkt, wenn die Überschreitungsbedingung erfüllt ist, oder
- Verändern (300) des Einschaltzeitpunktes zu einem relativ zu dem Abschaltzeitpunkt (ta) des Primärspannungserzeugers (2) früheren Zeitpunkt, wenn die Unterschreitungsbedingung erfüllt ist. 13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verändern (300) des
Einschaltzeitpunktes (te) in vorgebbaren Stufen oder kontinuierlich erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Hochsetzsteller (7) mittels eines Schalters (27) eingeschaltet wird.
15. Computerprogramm, das eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.
16. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 15 gespeichert ist.
17. Zündsystem, das eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.
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