DE19524499B4 - Zündanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Zündanlage
für eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuereinheit zur Bestimmung von Steuergrößen aufgrund
mittels Sensoren erfaßter
Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Mittel
zur Erfassung der auf die Primärseite
einer Zündspule transformierten
Sekundärspannung
und mit einer Auswerteeinrichtung, an welche die erfasste Primärspannung
von dem mindestens einen Mittel geführt ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinrichtung (16) als Maß für die Funktion der Zündanlage
die Dämpfung
der Sekundärspannung
nach dem Funkenende erfasst, dass die Auswertung des Verlaufs der
Sekundärspannung
in einem Meßfenster,
welches am Funkenende aktivierbar ist, erfolgt.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits ein Zündanlage aus der
US-PS 4 918 389 bzw. der entsprechendenEP 0 344 349 A1 bekannt, bei der die Überwachung der Zündanlage anhand der primärseitigen Überwachung der Funkendauer erfolgt. Hierzu wird die auf die Primärseite transformierte Brennspannung erfasst und entsprechend mit vorgebbaren Schwellwerten verglichen, so dass bei einer Abweichung von diesen Schwellwerten auf eine fehlerhafte Verbrennung geschlossen wird. Aus derDE 693 10 585 T2 ist bereits die Auswertung der Sekundärspannung an einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Funkenende bekannt. - Weitere bekannte Verfahren zur Überwachung der Funktion von Zündanlagen sind z. B. die Überwachung der Katalysatortemperatur, das Erfassen der Laufunruhe und beispielsweise das Erfassen des Lamdasondensignals.
- Vorteile der Erfindung
- Die Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass Fehler auf der Sekundärseite der Zündspule wie Nebenschlüsse an der Zündkerze bereits vor dem Aussetzen der Zündung erkannt werden. Hierbei werden die Ausgleichsvorgänge der Restenergie in der Zündspule nach der Funkenlöschung erfaßt und ausgewertet. Die Ausgleichsvorgänge der Restenergie in der Zündspule führen zu oszillierenden Schwingungen auf der Primär- und der Sekundärseite der Zündspule, welche durch mögliche Nebenschlußwiderstände an den Zündkerzen mehr oder weniger stark gedämpft werden. Diese Dämpfung bildet somit ein Maß für vorhandende Nebenflußwiderstände im Sekundärkreis. Damit ist beispielsweise auch eine genaue Aussage über den Zustand der Zündkerze möglich ohne daß die Zündkerze selbst ausgebaut werden muß. Letztendlich wird durch die Analyse dieser Nachprozesse nach dem Funkenende die Auswertung unabhängig von den Bedingungen der Gasentladung und damit von anderen Einflüssen vorgenommen. Es wirken lediglich die elektrischen Parameter der Zündanlage.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. So kann beispielsweise die Erfassung der Dämpfung nach dem Funkenende auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Letztendlich kann die Auswerteeinheit zur Erfassung der Dämpfung im Steuergerät selbst integriert sein und so unmittelbar bei der Bestimmung der Steuergrößen berücksichtigt werden. So ist es beispielsweise möglich, daß eine starke Dämpfung durch Nebenschlußwiderstände zu einer Erhöhung der Zündenergie und damit unter Umständen zu einem Freibrennen der Zündkerze führt.
- Zeichnung
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
-
1 ein Prinzipschaltbild einer Zündanlage zur Durchführung des Verfahrens, -
2 Primär- und Sekundärspannung einer Zündanlage mit einem Nebenschlußwiderstand von 100 MΩ, -
3a die Ausschwingvorgänge der Primär- und Sekundärspannung bei einem Zündsystem mit Diode und mit einem Nebenschlußwiderstand von 1 MΩ, -
3b die Ausschwingvorgänge der Primär- und Sekundärspannung bei einem Zündsystem mit Diode und mit einem Nebenschlußwiderstand von 10 MΩ, -
4a die Ausschwingvorgänge der Primär- und Sekundärspannung einer Zündanlage ohne Diode zur Verhinderung des Einschaltfunkens und mit einem Nebenschlußwiderstand von 1 MΩ, -
4b die Ausschwingvorgänge der Primär- und Sekundärspannung einer Zündanlage ohne Diode zur Verhinderung des Einschaltfunkens und mit einem Nebenschlußwiderstand von 10 MΩ, -
5 ein erstes Beispiel einer Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Signaldämpfung, -
6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Auswerteeinrichtung und -
7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Auswerteeinrichtung. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Zündanlage. Eine Zündspule10 besteht hierbei aus Primärwicklung11 und Sekundärwicklung12 . Die Primärwicklung11 ist einerseits mit der Versorgungsspannung UB beispielsweise der nicht dargestellten Batterie einer Brennkraftmaschine verbunden. Das andere Ende der Primärwicklung11 ist über eine Zündendstufe13 mit Masse verbunden. Die nicht dargestellten Sensoren einer Brennkraftmaschine erfassen die Betriebsparameter wie Drehzahl (n), Kurbelwellenwinkel (KW), Temperatur (T). Die erfaßten Signale der Sensoren sind als Eingangsgrößen15 an eine Steuereinheit14 geführt. Diese Steuereinheit14 bestimmt aufgrund der erfaßten Betriebsparameter und abgespeicherter Kennfelder die verschiedenen Steuergrößen. So wird die Schließzeit und der Zündzeitpunkt für die Zündanlage bestimmt und entsprechend als Ausgangssignal an den Steuereingang der Zündendstufe13 ausgegeben. Weiterhin sind auf der Primärseite Mittel vorgesehen, mit denen die auf die Primärseite transformierten Sekundärspannung erfaßt werden kann. Schaltungsanordnungen zur Erfassung der Primärspannung sind bereits beispielsweise aus derUS-PS 4 918 389 bekannt und sollen somit hier nicht im Detail erläutert werden. Prinzipiell besteht jedoch die Möglichkeit, die auf die Primärseite transformierte Sekundärspannung entweder durch den Spannungsabfall UL über die Primärwicklung11 mit den Mitteln M1 zu erfassen oder den Spannungsabfall zwischen dem Ausgang der Primärwicklung und Masse also über die Endstufe13 U12 mit den Mitteln M2 zu erfassen. Die Ausgangssignale dieser Mittel M1, M2 zur Erfassung der auf die Primärseite transformierten Sekundärspannung wird an eine Auswerteeinrichtung16 , welche in1 in der Steuereinheit14 integriert ist geführt. Selbstverständlich kann diese Auswerteeinheit16 auch separat angeordnet werden, wobei dann das Ausgangssignal dieser Auswerteeinrichtung16 der Steuereinheit14 zugeführt werden muß. Die Sekundärspule12 der Zündspule10 ist mit einer Zündkerze17 verbunden, so daß bei einer entsprechenden Hochspannung an der Zündkerze ein Funkenüberschlag erfolgt. Zwischen einem Ende der Sekundärwicklung12 der Zündspule10 und der Zündkerze17 ist eine Diode18 vorgesehen, die eine Einschaltfunkenunterdrückung realisiert. Diese Diode18 kann jedoch auch entfallen. Auf der Sekundärseite sind als Ersatzbauelemente ein Kondensator19 , welcher die Sekundärkapazität innerhalb der Zündspule verdeutlicht, ein Kondensator20 , welcher die Sekundärkapazität außerhalb der Zündspule beispielsweise der Leitungskapazität des Zündgeschirrs verdeutlicht, und ein Widerstand21 , welcher den Nebenschlußwiderstand verdeutlicht, dargestellt. Diese, als Ersatzschaltbild dargestellten Induktivitäten, Kapazitäten und Widerstände bilden einen Schwingkreis, wobei die Dämpfung des Schwingkreises von der Größe des Nebenschlußwiderstandes21 abhängt, da der Nebenschlußwiderstand die einzige Größe ist, die sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine beispielsweise durch Abbrand und Verschmutzung ändert. -
2 zeigt die Primär- und Sekundärspannung wie sie in der Zündanlage gemäß1 mit der Diode18 zur Einschaltfunkenunterdrückung auftreten. Zu einem hier nicht dargestellten Zeitpunkt beginnt ein Ladestrom in der Primärwicklung11 der Zündspule10 zu fließen und wird zum Zeitpunkt t1, welches beispielsweise der berechnete Zündzeitpunkt ist, unterbrochen. Damit wird auf der Sekundärseite einer Hochspannung induziert, die zum Funkenüberschlag an der Zündkerze17 führt und dann in dem typischen, dargestellten Brennspannungsverlauf bis zum Zeitpunkt t2, welcher das Funkenende darstellt ausbrennt. Die Kurve22 zeigt dabei den sekundärseitigen Spannungsverlauf U2(t). Die Kurve23 zeigt den auf die Primärseite transformierten Spannungsverlauf, welcher beispielsweise anhand des Erfassungsmittels M2 erfaßt und einer Auswerteeinrichtung16 zugeführt wird. Bei der Schaltung gemäß1 mit Einschaltfunkenunterdrückungsdiode18 , wird beim Absinken der Sekundärspannung der Sekundärkreis durch die eingebaute Diode abgetrennt. Die verbleibende Sekundärkapazität20 kann nur durch den Ionenstrom, der zu vernachlässigen ist, und den Strom durch den Nebenschlußwiderstand21 entladen werden. Eine typische Zeitkonstante beträgt τ = 4,1 ms. Die Kurve23 zeigt die auf der Primärseite transformierte Sekundärspannung und somit auch das Verhalten des Restschwingkreises. Die Spannungsverläufe in2 sind die erwartete Idealform für den Fall, daß der Nebenschlußwiderstand RN vernachlässigbar klein ist. - Ändert sich nun der Nebenschlußwiderstand an der Zündkerze
17 so ändert sich auch das Schwing- und Dämpfungsverhalten des Sekundärkreises. Eine Auswertung des Schwingverhaltens nach dem Funkenende also nach dem Zeitpunkt t2 kann somit Aufschlüsse über den Zustand des Sekundärkreises geben. Somit kann beispielsweise einem möglichen Nebenschlußwiderstand durch ein Anheben der Zündspannung im darauffolgenden Zündzyklus begegnet werden ohne daß es erst zu einem Zündaussetzer kommt. Aufgrund der Auswertung der elektrischen Eigenschaften ist damit ein sehr schnelles Eingreifen in die Funktion der Zündanlage möglich. - Die
3a und3b zeigen die Spannungsverläufe eines Zündkreises auf der Sekundärseite (U2(t)) und auf der Primärseite (U12(t)) mit einer Diode zur Einsschaltfunkenunterdrückung und mit einem Nebenschlußwiderstand, wobei der Nebenschlußwiderstand bei den Spannungsverläufen in3a 1 MΩ und in3b 10 MΩ beträgt. Die Kurven24a bzw.24b zeigen den Spannungsverlauf auf der Sekundärseite. Es ist zu erkennen, daß bei einer Belastung des Sekundärkreises mit einem Nebenschlußwiderstand die Dämpfung eine wesentlich geringere Zeitkonstante τ aufweist. Bei3a beträgt die Zeitkonstante τ = 0,06 ms und bei der3b ist τ = 0,45 ms. Die in den Kurven25a bzw.25b stellen den Spannungsverlauf der auf die Primärseite transformierten Sekundärspannung nach dem Funkenende t2 dar. Bei der Entladung der Kapazität des Zündgeschirrs durch eine kleinen Nebenschlußwiderstand wird, wenn die in der Sekundärwicklung induzierten Spannungsspitzen größer sind als die Restspannung, die Diode leitend und entzieht dem Schwingkreis Energie. Dies ist in einer zunehmenden Dämpfung des Schwingungsspitzen auf der Primärseite Kurve25a zu erkennen. Bei einem Nebenschlußwiderstand von 10 MΩ besitzt die Primärspannung neben der ersten Spannungsspitze noch vier weitere Spannungsmaxima. Bei Verringerung des Nebenschlußwiderstandes auf 1 MΩ wie in3a ist nur ein weiteres, stark gedämpftes Spannungsmaximum zu erkennen. Je größer der Nebenschlußwiderstand ist um so stärker wird das Schwingungsverhalten sein. - Die
4a und4b zeigen ebenfalls die Spannungsverläufe in der Zündanlage gemäß1 jedoch ohne die Diode18 zur Einschaltfunkenunterdrückung, wobei der Nebenschlußwiderstand bei den Messungen in4a 1 MΩ und bei den Messungen in4b 10 MΩ beträgt. Bei der Schaltung gemäß1 ohne Einschaltfunkenunterdrückung entfällt die Abtrennung des Sekundärkreises außerhalb der Zündspule. Bei einem Nebenschlußwiderstand von 10 MΩ wie in4b sind sich die Schwingungen der Primär- und Sekundärspannung ähnlich. Die Kurve26b der4b zeigt den Sekundärspannungsverlauf U2(t) bei 10 MΩ Nebenschlußwiderstand und die Kurve27b zeigt den auf die Primärseite transformierten Spannungsverlauf U12(t) Die4a zeigt die Messkurven26a und27a bei einem Nebenschlußwiderstand von 1 MΩ und es ist zu erkennen, daß beide Spannungen gemeinsam gedämpft werden. -
- τp
- – Zeitkonstante
- ω
- – Eigenfrequenz
- u1x
- – -Synonym für u11 bzw. u12
-
- û1x(t)
- – Analytisches Spannungssignal
-
- û1,2
- – erste/zweite positive Spannungsspitze von u1x
- Wie weiter oben beschrieben kann es bei sehr kleinen Nebenschlußwiderständen zur Strukturumwandlung auf der Sekundärseite kommen, so daß die oszillierende Entladung der Zündspule in einer aperiodische Schwingung übergeht (vergleiche
2 , U2(t)). Hier entfällt das zweite Maximum der Primärspannung. Eine Alternative besteht darin, den Spitzenwert u2 1x im festen Abstand zum ersten Maximum zu bilden. Dieser fest Abstand Tp ist die Periodendauer der oszillierenden Schwingung und lautet folgendermaßen: - tmax
- – Zeitpunkt des 1. Maximums
- Tp
- – Periodendauer
-
5 zeigt eine mögliche Gestaltung der Auswerteeinheit16 . Dieser Auswerteeinrichtung16 ist ein anhand der Mittel M1 oder M2 erfaßtes Primärspannungssignal U11 oder U12 zugeführt. Gleichzeitig wird dieses Signal einer Einrichtung30 zugeführt, die das Funkenende t2 bestimmt und ein entsprechendes Triggersignal an die Auswerteeinrichtung16 weiterleitet. In der Auswerteeinrichtung16 wird dann mittels der Einrichtung31 ein Zeitfenster geöffnet, in welchem mit der Einrichtung32 die Dämpfung der Signale U11 oder U12 bestimmt wird. Ein Maß für die Dämpfung ist der Wert τ, der anschließend in einem Summator33 mit einem konstanten, kennfeldabhängigen oder zeitabhängigen Referenzwert, welcher beispielsweise in der Applikation bestimmt und in einem Speicher40 abgelegt wird, zusammengefaßt wird. Dabei liegt der konstante kennfeldabhängige Referenzwert als Negativwert vor, so daß anschließend in einem Komparator34 die Differenz dieser beiden Werte ausgewertet und darauf basierend ein Korrektursignal für die Steuereinheit14 bestimmt wird. -
6 zeigt eine zweite Möglichkeit des Aufbaus der Auswerteeinrichtung16 . Dieser Auswerteeinheit16 ist ein anhand der Mittel M1 oder M2 erfaßtes Primärspannungssignal U11 oder U12 zugeführt. Gleichzeitig wird dieses Signal einer Einrichtung30 zugeführt, die das Funkendende t2 bestimmt und ein entsprechendes Triggersingal an die Auswerteeinheit16 weiterleitet. In der Auswerteeinrichtung16 wird mittels der Einrichtung31 ein erstes Zeitfenster erzeugt, in welchem mit der Einrichtung35 ein erster Spitzenwert gebildet wird. In der Auswerteeinrichtung16 wird mittels der Einrichtung31 ein zweites Zeitfenster erzeugt, in welchem mit der Einrichtung36 ein zweiter Singalspitzenwert gebilder wird. In der Einrichtung37 wird nun durch Division der Spitzenwerte ein Wert berechnet, der ein Maß für die Dämpfung darstellt. Dieser Wert wird mit einem konstanten, kennfeldabhängigen oder zeitabhängigen Referenzwert aus dem Speicher40 verglichen und im Komparator39 wird ein Korrektursingal für die Steuereinheit14 bestimmt. -
7 zeigt eine dritte Variante des Aufbaus der Auswerteeinrichtung16 und zwar durch ein digitales System z. B. einen Signalprozessor. Dieser Auswerteeinrichtung16 ist ebenfalls wie bei den5 und6 ein anhand der Mittell M1 oder M2 erfaßtes Primärspannungssignal jedoch nach einer Tiefpaßfilterung mittels Tiefpaß41 und Analog-Digitalwandlung mittels A/D-Wandler40 zugeführt. Das digitalisierte Signal wird einer Einrichtung30 zugeführt, welche das Funkenende bestimmt und mit dem Funkenende ein Zeitfenster öffnet. Während das Zeitfenster geöffnet ist, wird in einem Speicher43 das digitalisierte Signal gespeichert. In der Einrichtung44 wird aus dem gespeicherten digitalisierten Signal ein Maß für die Dämpfung der Singale U11 oder U12 bestimmt. Dieser Wert wird mit einem konstanten, kennfeldabhängigen oder zeitabhängigen Referenzwert verglichen und ein Korrektursingal für die Steuereinheit14 bestimmt.
Claims (4)
- Zündanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinheit zur Bestimmung von Steuergrößen aufgrund mittels Sensoren erfaßter Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Mittel zur Erfassung der auf die Primärseite einer Zündspule transformierten Sekundärspannung und mit einer Auswerteeinrichtung, an welche die erfasste Primärspannung von dem mindestens einen Mittel geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (
16 ) als Maß für die Funktion der Zündanlage die Dämpfung der Sekundärspannung nach dem Funkenende erfasst, dass die Auswertung des Verlaufs der Sekundärspannung in einem Meßfenster, welches am Funkenende aktivierbar ist, erfolgt. - Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung ein Maß für die Größe des Nebenschlußwiderstandes auf der Sekundärseite darstellt.
- Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Auswerteinrichtung (
16 ) zur Festlegung der Steuergröße für den darauffolgenden Zündzyklus der Steuereinheit (14 ) zugeführt ist. - Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Maß für die Dämpfung der Quotient aus dem ersten Spitzenwert (û1) und dem zweiten Spitzenwert (û2) der Sekundärspannung nach dem Funkenende festlegbar ist.
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