DE19649278A1

DE19649278A1 - Zündvorrichtung mit Ionenstrom-Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE19649278A1
Application number: DE19649278A
Authority: DE
Inventors: Lothar Puettmann; Walter Gollin; Bernhard Eisele; Markus Ketterer; Hubert Dr Bischof
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-06-04
Also published as: DE59709590D1; US20020050823A1; JP2001506721A; KR20000053088A; WO1998023859A1; KR100498797B1; US6424155B1; EP0953109A1; EP0953109B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine induktive Zündvorrich tung für einen Verbrennungsmotor mit einer Meßein richtung zur Ermittlung des Ionenstroms an der Zündkerze jedes Zylinders und mit einer die Zünd hochspannung bildenden, nach dem Transformator prinzip arbeitenden, eine Primär- und eine Sekun därwicklung aufweisenden Zündspuleneinrichtung pro Zündkerze, durch deren Sekundärwicklung der Ionen strom fließt.

Um Verbrennungsmotoren bei hohem Wirkungsgrad zu betreiben und um die hohen Anforderungen im Bereich der On-Board-Diagnose zu erfüllen, werden genaue Diagnosesysteme benötigt, die Aussagen über den Verbrennungsvorgang ermöglichen. Diese Diagnose systeme sollen ferner vorzugsweise kostengünstig sein. Es ist bekannt, wichtige Informationen über den Verlauf der Verbrennung direkt aus dem Verbren nungsraum eines Verbrennungsmotors (Brennkraftma schine) zu entnehmen. Hierzu wird die sogenannte Ionenstrommessung eingesetzt, bei dem die Zündkerze während eines Verbrennungszyklus' zunächst ihre ei gentliche Aufgabe wahrnimmt, nämlich das Verbren nungsgemisch zu zünden und anschließend wird sie für eine weitere Funktion eingesetzt, indem sie als Sensor verwendet wird, mittels dem der Ionenstrom gemessen wird. Dies ist ein Vorteil, da kein Platz im Brennraum für zusätzliche Sensoren benötigt wird. Die Ionenstrommessung beruht auf dem Prinzip, daß während der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Ge misches Ionen entstehen. Dieser Ionisierung liegen unterschiedliche Mechanismen zugrunde, die den ty pischen Verlauf des Ionenstroms prägen und daher eine Aussage über bestimmte Parameter der Verbren nung usw. gestatten. Wird zur Ionenstrommessung eine Spannung an die Elektroden der Zündkerze ge legt, so werden die im Brennraum vorhandenen Elek tronen und Ionen in die entsprechende Richtung des elektrischen Feldes bewegt, so daß sich ein Strom ausbildet, der durch diese Ladungsträger getragen wird. Dieser Strom stellt den vorstehend erwähnten Ionenstrom dar. Wird das an sich bekannte Ionen strom-Meßverfahren bei einer induktiven Zünd vorrichtung eingesetzt, die eine nach dem Transfor matorprinzip arbeitende, eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweisende Zündspulenein richtung aufweist, so besteht aufgrund der relativ großen Sekundärinduktivität der Nachteil einer schlecht steuerbaren Funkendauer der Zündkerze, die zur Behinderung der Messung führen kann. Außerdem können durch die relativ große Sekundärinduktivität im Ionenstromsignalweg nur relativ niedere Frequen zen übertragen werden, welche z. B. für eine sichere Klopferkennung nicht ausreichen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat den Vorteil, daß durch einen die Primärwicklung der Zündspulen einrichtung während der Dauer der Ionenstrommessung kurzschließenden Schalter die Restenergie im magne tischen Kreis der Zündspule auf der Primärseite dissipiert, das heißt, in Wärmeenergie umgewandelt wird und insofern den Zündfunken nicht weiter be treibt, so daß dieser sehr schnell und reproduzier bar zum gewünschten Zeitpunkt erlischt. Durch das Kurzschließen der Primärseite der Zündspulenein richtung wird ferner die Grenzfrequenz der Sekun därseite der Zündspule deutlich nach oben gescho ben, so daß möglicherweise auftretende Klopfschwin gungen des Verbrennungsmotors als unerwünschter Be triebszustand ungedämpft beobachtet werden können, da die Klopfschwingungen signifikante Ionenstrom verläufe mit sich bringen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schaltweg des Schalters im geschlossenen Zustand sehr nie derohmig ist. Damit ist der Primärkreis der Zünd spuleneinrichtung deutlich niederohmiger als der Sekundärkreis, so daß der Zündfunke schnell er lischt.

Insbesondere kann der Schalter als Feldeffekttran sistor (FET) ausgebildet sein, der einen niederoh migen Schaltweg bei kleinen Flußspannungen besitzt.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die Meßein richtung eine Steuereinrichtung aufweist, die den Schalter vorzugsweise periodisch zum gewünschten Funkenende, zumindest für die Dauer der gesamten Ionenstrommessung schließt. Dies erfolgt im Falle eines Feldeffekttransistors durch dessen entspre chende Ansteuerung.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer induktiven Zündvor richtung mit Ionenstrom-Meßeinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer in duktiven Zündvorrichtung mit Meßeinrich tung zur Ermittlung des Ionenstroms.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt eine induktive Zündvorrichtung für einen nicht dargestellten Verbrennungsmotor. Die Zündvorrichtung weist eine Zündspuleneinrich tung 1 auf, die eine Primärwicklung L1 und eine Se kundärwicklung L2 umfaßt, die magnetisch miteinan der gekoppelt sind. Das eine Wicklungsende 2 der Primärwicklung L1 ist an die Betriebsspannung, das heißt, die Batteriespannung U_b eines nicht darge stellten Kraftfahrzeugs angeschlossen, in das der Verbrennungsmotor eingebaut ist. Das andere Wick lungsende 3 der Primärwicklung L1 führt zu der Schaltstrecke eines Transistors T1, der - entspre chend dem gewünschten Zündzeitpunkt - von einem nicht dargestellten Steuergerät angesteuert wird. Über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T1 kann somit das Wicklungsende 3 im leitenden Zu stand des Transistors T1 an Masse M angelegt werden (Minuspol der die Spannung U_b abgebenden Batterie). Eine Zündkerze ZK, die dem nicht dargestellten Ver brennungsmotor angehört, ist mit einer ihrer Elek troden 4 an Masse M angeschlossen. Die andere Elek trode 5 der Zündkerze ZK ist an ein Wicklungsende 6 der Sekundärwicklung L2 der Zündspuleneinrichtung 1 angeschlossen. Das andere Wicklungsende 7 der Zünd spuleneinrichtung 1 führt zu einer Meßeinrichtung 8, die der Messung eines Ionenstroms I dient. Fer ner ist die Meßeinrichtung 8 mit Masse M verbunden. Das eine Wicklungsende 2 der Primärwicklung L1 der Zündspuleneinrichtung 1 ist mit einem Pol eines Schalters S1 verbunden. Der andere Pol des Schal ters S1 führt zum anderen Wicklungsende 3 der Pri märwicklung L1. Insofern ist es möglich, bei ge schlossenem Schalter S1 die Primärwicklung L1 der Zündspuleneinrichtung 1 kurzzuschließen. Der Schal ter S1 ist vorzugsweise als Feldeffekttransistor (FET) ausgebildet, dessen Gate 9 mittels einer nicht dargestellten, nur mittels eines Pfeiles 10 angedeuteten Steuereinrichtung ansteuerbar ist, um das erwähnte Kurzschließen der Primärwicklung L1 während gewünschter Zeitintervalle vornehmen zu können. Durch entsprechende Ansteuerung des Schal ters S1 ist es somit möglich, die Primärwicklung L1 des Übertrags kurzzuschließen.

Es ergibt sich folgende Funktionsweise: Durch ge wählte Ansteuerung der Basis des Transistors T1 wird ein Stromfluß in der Primärwicklung L1 der Zündspuleneinrichtung ausgelöst, der auf der Sekun därseite, also in der Sekundärwicklung L2 zur Aus bildung einer Hochspannung führt, die die Auslösung eines Zündfunkens an der Zündkerze ZK bewirkt. Ist der Verbrennungsvorgang eingeleitet, so soll nach folgend mittels der als Sensor wirkenden Zündkerze ZK der Ionenstrom im Verbrennungsraum des Verbren nungsmotors ermittelt werden, um Rückschlüsse auf gewünschte Parameter ziehen zu können. Hierzu wird der Schalter S1 geschlossen, wodurch die Primär wicklung der Zündspuleneinrichtung elektrisch kurz geschlossen wird. Die Folge ist, daß die sich im magnetischen Kreis befindliche Restenergie dissi piert, also in Wärmeenergie umgesetzt wird. Hier durch erlischt der Zündfunke definiert und sehr schnell. Gleichzeitig wird durch das Kurzschließen der Primärwicklung die Grenzfrequenz der Sekundär seite der Zündspuleneinrichtung deutlich nach oben verschoben, so daß die Messung sehr genau in dem relevanten Bereich von Klopfschwingungen durchge führt werden kann, das heißt, es ist ein besonders kritischer, unerwünschter Betriebszustand des Ver brennungsmotors durch die Messung des Ionenstroms sensierbar. Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorge hens, nämlich des Kurzschließens der Primärwicklung während der gesamten Dauer der Ionenstrommessung wird eine derart präzise und kurze Funkendauer an der Zündkerze realisiert, so daß Zündfunkenauswir kungen unter keinen Umständen die nachfolgende Meß auswertung behindern beziehungsweise die Meßperiode "überdecken". Durch das erfindungsgemäße Kurz schließen ist auch ein Ausschwingen des Zündsystems verhindert, das heißt, die Messung des Ionenstroms kann nicht durch Ausschwinger beeinflußt werden, was zu Fehlinterpretationen führen kann. Wie be reits erwähnt, wird durch Anheben der Grenzfrequenz aufgrund des Kurzschließens der Primärwicklung die bei herkömmlichen Systemen vorliegende deutliche Bandbegrenzung überwunden, die bisher bei der Er kennung von unerwünschten Betriebszuständen, bei spielsweise Klopfschwingungen (3 bis 20 kHz) emp findlich gestört haben. Durch die Erfindung werden somit die bisher schlechten Signalübertragungsei genschaften der Sekundärwicklung, durch die der Io nenstrom hindurchfließt, verbessert.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer induktiven Zündvorrichtung mit einer Meßein richtung zur Ermittlung eines Ionenstroms, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen worden sind. Es gelten beim Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 2 die gleichen Aussagen wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, so daß nachstehend nur noch auf die Unterschiede zwischen diesen beiden Ausführungsbeispielen eingegangen werden soll.

Während die Auswerteeinrichtung 8 zur Messung des Ionenstroms im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 im Sekundärkreis der Zündspuleneinrichtung 1 angeord net ist, befindet sie sich im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 im Primärkreis, und zwar ist der posi tive Pol der Batteriespannung U_b an die Meßein richtung 8 angeschlossen und führt von dort zu dem einen Wicklungsende 2 der Primärwicklung L1. Das andere Wicklungsende 3 der Primärwicklung L1 ist an den Kollektor des Transistors T1 angeschlossen, dessen Emitter zur Masse M (Minuspol der Batterie spannung U_b) führt. Ferner ist die Elektrode 4 der Zündkerze ZK mit Masse M verbunden. Die andere Elektrode 5 der Zündkerze ZK ist mit dem Wicklungs ende 7 der Sekundärwicklung L2 der Zündspulenein richtung 1 verbunden und das andere Wicklungsende 6 der Sekundärwicklung L2 ist an das Wicklungsende 2 der Primärwicklung L1 angeschlossen. Insofern liegt hier eine Spartransformatorausbildung bei der Zünd spuleneinrichtung 1 vor. Der ebenfalls vorzugsweise als Feldeffekttransistor (FET) ausgebildete Schal ter S1 ist parallel zur Primärwicklung L1 geschal tet, das heißt, der eine Pol des Schaltweges des Schalters S1 ist mit dem Wicklungsende 2 und der andere Pol des Schalters S1 ist mit dem Wicklungs ende 3 der Primärwicklung L1 der Zündspuleneinrich tung 1 verbunden.

Es ergibt sich folgende Funktionsweise: Durch An steuerung des Transistors T1 in seinen leitenden Zustand fließt durch die Primärwicklung L1 der Zündspuleneinrichtung 1 ein Strom, der auf der Se kundärseite, also in der Sekundärwicklung L2 eine Hochspannung erzeugt, die einen Zündfunken in der Zündkerze ZK auslöst. Nach erfolgter Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Brennraum des nicht dargestellten Verbrennungsmotors wird von der Steuereinrichtung (Pfeil 10) der Schalter S1 ge schlossen, das heißt, es wird die Primärwicklung L1 der Zündspuleneinrichtung 1 kurzgeschlossen. Hier durch treten die bereits zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 genannten Vorteile auf, so daß eine op timale Ionenstrommessung mittels der Meßeinrichtung 8 durchgeführt werden kann.

Claims

1. Induktive Zündvorrichtung für einen Verbren nungsmotor, mit einer Meßeinrichtung zur Ermittlung des Ionenstroms an der Zündkerze jedes Zylinders, und mit einer die Zündspannung bildenden, nach dem Transformatorprinzip arbeitenden, eine Primärwick lung und eine Sekundärwicklung aufweisenden Zünd spuleneinrichtung pro Zündkerze, durch deren Sekun därwicklung der Ionenstrom fließt, gekennzeichnet durch einen die Primärwicklung (L1) während der Dauer der Ionenstrommessung kurzschließenden Schal ter (S1).

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schaltweg des Schalters (S1) im geschlossenen Zustand sehr niederohmig ist und ge ringe Flußspannung aufweist.

3. Zündvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S1) ein Feldeffekttransistor (FET) ist.

4. Zündvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein richtung (8) eine Steuereinrichtung (Pfeil 10) auf weist, die den Schalter (S1) vorzugsweise peri odisch, zumindest während der Dauer der Ionenstrom messung schließt.