-
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren der sich in einem Verdichtungshub befindenden Brennkammer eines Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
-
Bei Verbrennungsmotoren mit modernen elektronischen Zündanlagen ohne Hochspannungsverteiler und ohne Nockenwellensensoren kann die richtige Zündreihenfolge und die richtige Einspritzreihenfolge nicht ermittelt werden, bis der Motor gestartet worden ist. Wenn der Motor nachdem Start arbeitet kann die korrekte Zündreihenfolge durch Messen des Ionisationsstromes in dem Zylinder ermittelt werden, in dem die Verbrennung stattgefunden hat. Gemäß diesem Stand der Technik, der beispielsweise in der
SE-B-442 345 beschrieben ist, wird an den Zündschaltkreis in einer Masseverbindung zwischen der Sekundärwicklung einer Zündspule und einem Meßkondensator ein Meßspannung angelegt, die zu einem Ionisationsstrom in dem Zylinder führt, und dieser Ionisationsstrom wird mittels einer Meßeinrichtung in der genannten Masseverbindung erfaßt.
-
Es ist bekannt, daß es eine Beziehung zwischen dem Druck in der Brennkammer eines Verbrennungsmotors und der Zündfunkenspannung in dem Elektrodenspalt der Zündkerze gibt. Je höher der Druck, desto höher die Zündfunkenspannung, was bedeutet, daß die Zündfunkenspannung höher ist, wenn sich die Brennkammer im Verdichtungshub befindet als wenn sie sich im Ausstoßhub befindet. Darüber hinaus wird, da es eine bestimmte Zeit benötigt, die zu einem Zündfunken führende Spannung aufzubauen, der Zündfunken in bezug auf den Zeitpunkt, zu dem die Zündung initiiert worden ist, später auftreten, wenn die Brennkammer sich in einem Verdichtungshub befindet als wenn sie sich in dem Ausstoßhub befindet.
-
Das in der
EP-A-0 619 428 offenbarte Zündsystem betrifft eine induktive Zündanlage mit zwei Zündkerzen, die mit einem entsprechenden Ende der Sekundärwicklung einer Zündspule verbunden sind. Folglich wird die Zündspule auf eine solche Weise entladen werden, daß über den Elektrodenspalt beider Zündkerzen gleichzeitig eine Spannung mit umgekehrter Polarität aufgebaut wird. Durch Erfassen des Zündfunkens bei beiden Zündkerzen und Berechnen der Zeitdifferenz zwischen den Zündfunken kann der Betriebswinkel des Motors ermittelt werden.
-
Aus der
FR 2 714 116 A1 ist eine vergleichbare induktive Zündanlage bekannt, bei der in einer ersten Ausführungsform jeweils eine Zündspule mit einer Zündkerze und einem zugeordneten Motorzylinder verbunden ist und diese mit einer benötigten Zündspannung versorgt. Bei dieser Ausführungsform wird anhand des Zündspannungsverlaufs eine den Zündfunken auslösende Hochspannung ermittelt, die angibt, wann sich ein Referenzzylinder in dem Verdichtungshub befindet. Alternativ können in einer zweiten Ausführungsform zwei Zündkerzen mit einer Zündspule verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform werden die Spannungswerte an den Zündkerzen eines Zylinderpaares miteinander verglichen, um zu bestimmen, welcher der beiden Zylinder sich in dem Verdichtungshub befindet. Unter Berücksichtigung des Signals eines Kurbelwellensensors kann zudem die genaue Position des Referenzzylinders in der Brennkammer bestimmt werden, so dass anhand der Kombination dieser Ermittlungsergebnisse die Position und der genaue Takt des Referenzzylinders in dem Motorzyklus angegeben werden können.
-
Die
US-A-5 065 729 offenbart eine induktive elektronische Zündanlage für einen Verbrennungsmotor, die eine Zündspule mit einer Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen aufweist, die je in Serie mit einer einen Elektrodenspalt bildenden Zündkerze geschaltet sind. Die Primärwicklung ist in Serie mit einem durch ein Steuergerät gesteuerten Transistor geschaltet. Ein Zündfunke wird folglich gleichzeitig bei beiden Zündkerzen initiiert werden. Um die Spannung beim Auftreten des Zündfunkens zu sensieren, ist ein Detektor in Serie mit einer der Sekundärwicklungen und ihrer Zündkerze vorhanden, d. h. auf der Hochspannungsseite. Da die Zündfunkenspannung mit zunehmender Verdichtung steigt, ist es möglich, den Zylinder zu ermitteln, der sich im Verdichtungshub befindet, und auf dieser Grundlage beispielsweise die Kraftstoffeinspritzung während des Betriebs des Motors zu steuern.
-
Auch in der aus der
DE 40 33 148 C2 bekannten Zündanlage werden die beiden Zylinder eines Zylinderpaares gleichzeitig gezündet, um zu beurteilen, welcher der beiden sich gerade in einem Verdichtungshub befindet. Hierzu wird eine Ionisationsstromdetektorschaltung genutzt, da nur dann ein Ionisationsstrom durch die Schaltung fließen kann, wenn der zugehörige Zylinder sich im Verdichtungshub befindet.
-
Die
EP-A-0 177 145 offenbart eine ähnliche Zündanlage mit einer Einrichtung zum Ermitteln des sich im Verdichtungshub befindenden Zylinders, um die Kraftstoffeinspritzung zu synchronisieren. Die Einrichtung umfasst einen kapazitiv mit der Hochspannungsseite verbundenen Detektor zum Ermitteln der Zündfunkenspannung.
-
Um die zum Erzeugen eines Zündfunkens in dem Elektrodenspalt einer Zündkerze erforderliche Spannung messen zu können, wird normalerweise eine Hochspannungsmeßsonde benötigt, die mit einem Meßinstrument verbunden ist, welches die Spannung angibt, beispielsweise ein Oszilloskop. Die Hochspannungsmeßsonde wird zwischen der Zündspule und der Zündkerze mit der Hochspannungsseite der Zündanlage verbunden. Die zu messende Spannung ist von dem Spannungsniveau abhängig, das von der Zündanlage geliefert wird. Bei einem kapazitiven Zündsystem kann die Spannung bis zu 35–40 kV betragen. Beim Messen solch hoher Spannungen treten häufig Probleme durch einen Überschlag zwischen dem Meßgerät und umgebenden Metallteilen des Motors auf.
-
Die
WO-A-9 221 876 offenbart ein Diagnosegerät zum Ermitteln elektrischer Fehler einer kapazitiven Zündanlage eines Verbrennungsmotors. Die Zündanlage umfaßt einen Ladekondensator und eine Spule mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, die in Serie mit einer einen Elektrodenspalt bildenden Zündkerze geschaltet ist. Das Diagnosegerät ist zum Abschätzen des Zeitverzuges zwischen dem Zündsignal und der Zündung ausgeführt und diese Abschätzung wird durchgeführt durch Messen der Zeitdauer von der Auslösung, d. h. vom Initiieren der Entladung des Ladekondensators, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Strom durch die Primärwicklung einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat. Bei diesem Schwellenwert wird angenommen, daß es in dem Elektrodenspalt zu einem Zündfunken kommt. Folglich lehrt die
WO-A-9 221 876 nicht, wie die Zeitdauer zwischen dem Auslösen und dem Zündfunken exakt zu ermitteln ist. Der geschätzte Zeitverzug wird mit einer Reihe von Schwellenwerten verglichen, um den Zustand der Zündanlage festzustellen.
-
Die
DE-A-3 041 498 offenbart eine herkömmliche Zündanlage mit einer Meß- und Regeleinrichtung zum Ermitteln des Zeitverzuges zwischen der Auslösung und dem Zündfunken, d. h. von einer Flanke eines die Zündung initiierenden Zündungssteuersignales bis zum Auftreten eines Zündfunkens. Der Zündfunke wird durch Sensieren der negativen Flanke der Spannung an der Meß- und Regeleinrichtung erfaßt. Der festgestellte Zeitverzug wird dazu benutzt, den Zündzeitpunkt einzustellen.
-
Die
DE 32 00 398 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zündung einer Brennkraftmaschine, die insbesondere bei einem Kaltstartbetrieb des Motors durch Erzeugen einer Mehrzahl von Zündungen pro Arbeitstakt in einer Brennkammer während eines erfassten Kaltstartbetriebs gewährleisten soll, dass auch ein sich während eines Kaltstartbetriebs des Motors einstellendes mageres Kraftstoffgemisch entzündet werden kann.
-
Aus der
DE 39 02 254 A1 ist ferner ein Verfahren zur Zuordnung von Zündsignalen zu einem Bezugszylinder bekannt, bei dem unterschiedliche Signalpegel eines Haupt- und eines Stützfunkens sowie in einem zweiten Verfahren der zeitliche Versatz zwischen Haupt- und Stützfunken zur Zuordnung herangezogen werden. Ein derartiger Haupt- und Stützfunke werden von Doppelfunken-Zündspulen erzeugt, die sowohl den sich im Verdichtungshub befindenden Zylinder eines Zylinderpaars als auch den sich im Anstoßen befindlichen Zylinder mit einer Zündspannung versorgen.
-
Sowohl bei diesem offenbarten Verfahren als auch dem aus der
WO 90/08894 A1 bekannten Verfahren zur Zuordnung von Zündsignalen wird die Zündspannung an der Hochspannungsseite der Zündanlage abgenommen, wodurch sich die bereits diskutierten Probleme ergeben können.
-
Die
US 5,174,267 A offenbart ein Verfahren zum Identifizieren desjenigen Zylinders eines Zylinderpaares, der sich im Verdichtungszyklus befindet. Hierzu werden die Anhaltezeiten eines im Wesentlichen gleichzeitigen Funkenentladungssignals in den Zylindern eines Zylinderpaars miteinander verglichen. Eine kürzere Signaldauer zeigt an, dass der Zylinder sich in seinem Verdichtungszyklus befindet. Um das Ergebnis zu verifizieren, kann ein Zylinderpaar mehrfach geprüft werden oder es können mehrere zusätzliche Zylinderpaare geprüft werden.
-
Die
US 5,196,844 A offenbart ein Verfahren zur Erfassung eines Referenzdrehwinkels für jeden Zylinder in einem Mehrzylindermotor, bei dem Referenzimpulssignale bei einem bestimmten Drehwinkel des Motors und einem bestimmten Hub jedes Zylinders in Synchronisation mit der Drehung des Motors ausgegeben werden. Zusätzlich wird ein Zylinder-Diskriminierungsimpulssignal unmittelbar nach dem Ende eines der Referenzimpulssignale auf derselben Ausgabeleitung ausgegeben. Dabei werden die Zeitdauerwerteimpulssignale erfasst und gespeichert und in ein Verhältnis zu einem vorhergehenden Zeitdauerwert gesetzt. Mit Hilfe eines erfassten Referenzdrehwinkels für jeden Zylinder kann bestimmt werden, welcher Zylinder sich in welcher Phase des Motorzyklus befindet.
-
Die
WO 92/21876 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Zündüberwachung in einzelnen Zylindern eines Mehrzylindermotors. Die Zündanlage ist dabei mit Transformatoren ausgestattet, die eine Primär- und Sekundärspule umfassen. An der Sekundärspule sind jeweils Zündkerzen mit der Zündanlage verbunden, wobei ein anliegendes Spannungspotential innerhalb eines Zündfunkenspalts zu einem Zündfunken führen kann. An der Hochspannungsseite wird wiederum die Zündung sensiert und ein Verzögerungssignal ermittelt, dass die Verzögerung zwischen der Zylinderauswahl, d. h. Auswahl des Zylinders der gezündet werden soll, und tatsächlicher Zündung angibt. Auf Grundlage dieser Verzögerung wird der Status des jeweiligen Zylinders bestimmt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Art und Weise, schon während der ersten Umdrehung des Anlaßvorgangs, des Ermittelns der Brennkammer, die sich im Verdichtungshub befindet und gezündet werden soll, und des Ermittelns der Brennkammer bereitzustellen, der für den nächsten Ansaughub Kraftstoff zugeführt werden soll. Genauer gesagt, zielt die vorliegende Erfindung auf das Bereitstellen eines Verfahrens und einer Einrichtung ab, die das Starten eines Verbrennungsmotors während der ersten Umdrehung des Anlaßvorgangs ermöglichen.
-
Dieses Ziel wird mit den eingangs angegebenen Verfahren erreicht, die die in dem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 bzw. 3 angegebenen Merkmale aufweisen. Darüber hinaus wird das Ziel durch die eingangs angegebene Vorrichtung erreicht, die die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 angegebenen Merkmale aufweist. Da die Zündfunkenspannung der Zündfunkeneinrichtung mit zunehmender Verdichtung steigt, ist es möglich, durch sequentielles Zuführen von Hochspannungsimpulsen mit hoher Frequenz zu allen Zündfunkeneinrichtungen (d. h. die Hochspannungspulse werden nacheinander jeder Zündfunkeneinrichtung zugeführt) während einer ersten Motorumdrehung und durch Messen der Zündfunkenspannung für jeden Zündfunken sehr schnell die sich im Verdichtungshub befindende Brennkammer zu ermitteln. Dies kann insbesondere schon während der ersten halben Motorumdrehung durchgeführt werden, wenn sich die momentane Brennkammer von dem unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt dreht.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich die Brennkammern in der vorgegebenen Abfolge im Verdichtungshub und es wird basierend auf dieser Abfolge und dem Bekanntsein derjenigen Brennkammer, die sich zuerst im Verdichtungshub befindet, Kraftstoff in diejenige Brennkammer eingespritzt, die sich als nächstes in dem Verdichtungshub befindet.
-
Folglich ermöglicht die vorliegende Erfindung ein sehr rasches Starten eines Verbrennungsmotors, was bedeutet, daß kein unverbrannter Kraftstoff den Motor zu passieren braucht und dadurch zu hohen Emissionen führt.
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung macht sich den Umstand zunutze, daß ein bestimmter Zeitverzug von dem Initiieren der Entladung bis zu dem Moment besteht, an dem eine ausreichende, zu einem Zündfunken führende Spannung über den Elektrodenspalt der Zündfunkeneinrichtung aufgebaut worden ist. Durch Messen dieser Zeitdauer von dem Initiieren der Zündung bis zum Auftreten des Transientenimpulses, der einen Zündfunken anzeigt, kann die Größe der Zündfunkenspannung leicht berechnet werden, da die Spannung über den Elektrodenspalt linear proportional zur Zeit ist, zumindest während der dem Zündfunken vorangehenden Zeitdauer. Der Transientenimpuls ist scharf genug, um auf eine sehr einfache Weise erfaßt zu werden, d. h. es ist keine hochentwickelte Meßausrüstung erforderlich. Vorzugsweise umfaßt die Zündanlage eine Hochspannungsseite und eine Niederspannungsseite, wobei der genannte Impuls auf der Niederspannungsseite sensiert wird. Auf diese Weise muß keine Verbindung zur Hochspannungsseite hergestellt werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die vorliegende Erfindung auf ein kapazitives Zündsystem angewendet werden, bei dem die zum Erzeugen eines Zündfunkens erforderliche elektrische Energie in einem Ladekondensator gespeichert wird. Da die Zündspannung in einen solchen Zündsystem beträchtlich höher als in einem herkömmlichen induktiven Zündsystem ist, wäre eine Verbindung mit der Hochspannungsseite noch problematischer. Die vorliegende Erfindung kann auf alle häufig eingesetzten Zündsysteme angewendet werden und ohne Schwierigkeiten an bestehende Verbrennungsmotoren angeschlossen werden.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
1 zeigt ein Blockschema eines Verbrennungsmotors.
-
2 zeigt ein prinzipielles Schaltschema eines Zündsystems.
-
3 zeigt ein die Messung der Zündfunkenspannung darstellendes Blockschema.
-
4 zeigt ein einen Auslöseimpuls und einen Übergangsimpuls wiedergebendes Diagramm.
-
5–9 zeigen das Meßergebnis von Messungen der Zündfunkenspannung.
-
10 zeigt ein die Zündfunkenspannung, die Auslöseimpulse und die Winkelstellung des Motors als Funktion der Zeit wiedergebendes Diagramm.
-
BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1 vom Viertakttyp mit vier Brennkammern, die im folgenden als die Zylinder C1, C2, C3, C4 bezeichnet werden, und einem Zündsystem 2, das durch einen Mikrocomputer gesteuert ist. Dieses System umfaßt eine Steuereinheit 3 und einen Ladeschaltkreis 4. Die Steuereinheit 3 ist über die Leitungen 5a, 5b, 5c mit einem an dem Motor 1 vorhandenen Kurbelwellensensor 6, einem Sensor 7 zum Sensieren des Saugdrucks, und einem Sensor 8 zum Sensieren der Motortemperatur verbunden. Es können weitere Sensoren vorhanden sein, die in dieser Beschreibung nicht beschrieben worden sind. Das Zündsystem 2 ist im dargelegten Beispiel von kapazitiver Art und umfaßt darüber hinaus Entladeschaltkreise 9 und Zündschalt kreise 10 für die Zündfunkeneinrichtungen in Gestalt von Zündkerzen 11–14 der entsprechenden Zylinder C1, C2, C3, C4. Aus der Zeichnung ist klar, wie ein Signal von dem Kurbelwellensensor 6 über die Leitung 5a zu dem Zündsystem 2 geleitet wird. In der Steuereinheit 3 berechnet ein Mikrocomputer den Zeitpunkt der Zündung in den entsprechenden Zylindern C1, C2, C3, C4 basierend auf Eingangsdaten von dem Kurbelwellensensor 6, dem Einlaßdrucksensor 7, dem Motortemperatursensor 8 und weiteren möglichen Sensoren. Wenn der Kolben eines der Zylinder C1 in dem Zylinderpaar C1, C3 sich in dem Verdichtungshub des Viertaktverfahrens befindet, befindet sich somit der Kolben des anderen Zylinders C3 in dem Ausstoßhub. Die Kolben eines der Zylinderpaare C1, C3 drehen sich jedoch mit einer Differenz von 180° bezüglich der Kolben des anderen Zylinderpaares C2, C4, was bedeutet, daß dann, wenn sich die Kolben eines der Zylinderpaare C1, C3 im oberen Totpunkt befinden, sich die Kolben des anderen Zylinderpaares C2, C4 im unteren Totpunkt befinden. Die Zylinder C1, C2, C3, C4 befinden sich somit in einer konstruktiv festgelegten Zündreihenfolge in einem Verdichtungshub.
-
In 2 sind lediglich die Zündkerzen 11, 13 der Zündkerzen 11–14 aus 1 dargestellt. Die Zündkerzen 11 und 13 sind je mit einer zugehörigen Sekundärwicklung 15, 16 einer entsprechenden Zahl von Zündspulen 17, 18 verbunden. Die Primärwicklungen 21, 22 der Zündspulen 17, 18 sind je in Serie mit einem zugehörigen Stromunterbrecherglied 23, 24 geschaltet, die in dem dargelegten Beispiel Triacs sind. Jede Primärwicklung 21, 22 bildet mit einem Triac 23, 24 einen Entladeschaltkreis 25, 26, der parallel zu einem Zündkondensator 20 einer Leitung 27 angeschlossen ist. Des weiteren ist eine Spule 28 parallel zu dem Zündkondensator 20 geschaltet. Die Spule 28 ist in Serie mit einer Diode 29 einer Leitung 31 geschaltet. Die Leitung 27 mit dem Zündkondensator 20 und alle dazu parallel geschalteten Leitungen 25, 26, 31 sind einerseits mit einem zweiten Stromunterbrecherglied 30, beispielsweise einem Transistor, der in Serie mit einer weiteren Diode 32 geschaltet ist, und mit einem Widerstand 33 einer Leitung 34 und andererseits über eine Leitung 36, die einen Zündungsschalter 37 umfaßt, mit einer Gleichstromquelle 35, vorzugsweise einer 12 V Batterie verbunden. Die Dioden 29, 32 sind derart eingebaut, daß dann wenn der Transistor 30 für einen Stromdurchlaß geöffnet ist, Strom von der Batterie 35 durch die Leitungen 31, 32 an Masse geführt werden kann.
-
Die Triacs 23, 24 und der Transistor 30 werden von Signalen der Steuereinheit 3 durch die Leitungen 44, 45 bzw. 46 gesteuert. Neben den in 1 über die Leitungen 5a, 5b, 5c geleiteten Eingangssignalen wird der Steuereinheit 3 über eine Leitung 47 ein Eingangssignal betreffend den Spannungswert der Batterie 35 zugeführt. Eine Leitung 48 verbindet die Steuereinheit 3 mit der Leitung 34 zwischen dem Transistor 30 und dem Widerstand 33 und überträgt ein dem Ladestrom entsprechendes Potential zur Steuereinheit 3. Über eine Leitung 49 mit einem Widerstand 42 und einer Diode 43 empfängt die Steuereinheit 3 darüber hinaus ein von dem Potential des Zündkondensators 20 abhängiges Signal.
-
Das Zündsystem gemäß 2 funktioniert prinzipiell wie folgt: Beim Starten des Motors schließt der Schalter 37 die Leitung 36 und die Batterie 35 liefert aber den Ladeschaltkreis 31, 34, der die Spule 28, die Dioden 29, 32, den Transistor 30 und den Widerstand 33 umfaßt, Gleichstrom an Masse. Die Steuereinheit 3 halt somit die Triacs 23, 24 geschlossen, während der Transistor 30 für einen Stromdurchlaß geöffnet ist. Wenn der Ladestrom und ein diesem entsprechendes Potential der Leitung 48 einen vorbestimmten Wert erreicht haben, unterbricht die Steuereinheit 3 den Stromfluß durch den Transistor 30. In der Spule 28 gespeicherte Energie wird dadurch zu dem Ladekondensator 20 übertragen, der dann auf eine Spannung von etwa 400 V geladen wird. Danach, wenn die Steuereinheit 3 in Antwort auf die Eingangssignale der Leitungen 5, 47 ein Ausgangssignal für beispielsweise den Triac 23 zu dem in der Steuereinheit 3 ermittelten Zündzeitpunkt liefert, ist der Triac 23 offen und der Ladekondensator 20 wird durch die Primärwicklung 21 entladen. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 15 eine Zündspannung erzeugt, die in dem Elektrodenspalt der Zündkerze 11 zur Bildung eines Zündfunkens führt. Das Potential des Ladekondensators 20 wird über die Leitung 49 von der Steuereinheit 3 sensiert und wenn dieses Potential unter einen vorbestimmten Wert gefallen ist, beginnt die Steuereinheit durch Zuführen eines Ausgangssignals über die Leitung 46 zu dem Transistor 30 zum Öffnen des Transistors einen neuen Ladezyklus. Gleichzeitig hat der Triac 23 die Leitung 25 wieder für einen Stromfluß geschlossen. Danach führt die Steuereinheit 3 genauso wie oben beschrieben erneut das Laden und Entladen des Ladekondensators 20 durch.
-
An dem Ausgang 50, 51 kann das Auslösesignal der Steuereinheit 3 sensiert werden, d. h. das den Triac 23, 24 öffnende und somit die Entladung des Ladekondensators 20 initiierende Signal, und an dem Ausgang 52 kann der Spannungswert des Ladekondensators 20 sensiert werden.
-
2 offenbart einen Schaltkreis 53 zum Feststellen des Wertes der Zündfunkenspannung. Der Schaltkreis 53, der unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben wird, umfaßt einen mit dem Ausgang 50, 51 zu verbindenden Eingang 54 und einen mit dem Ausgang 52 zu verbindenden Eingang 55. In Serie mit dem Eingang 54 ist eine Signalanpaßeinheit 56 vorgesehen. Von da wird das angepaßte Signal zu einem D-Flip-Flop 57 (Verzögerungs-Flip-Flop) und zu einem Binärzähler 58 übertragen, um den Zähler auf Null zu stellen. Von dem D-Flip-Flop 57 wird ein Impuls über einen Oszillator 59 zu dem Zähler 58 übertragen, um den Zähler zu starten. In Sehe mit dem Eingang 55 ist eine weitere Signalanpaßeinheit 60 vorhanden, von der ein Impuls über den D-Flip-Flop 57 zu dem Zähler 58 übertragen wird, um den Zähler anzuhalten. Mittels des Zählers 58 wird folglich ein Zeitwert erhalten, aus dem der Wert der Zündfunkenspannung mittels einer Recheneinheit 61 errechnet werden kann. Der Digitalwert aus dem Zähler 58 kann mittels eines D/A-Wandlers 62, der von einer Auslöseeinheit 63 aktiviert wird, wenn ein Wert gelesen werden soll, in einen Analogwert umgewandelt werden. Mittels einer weiteren Recheneinheit 64 kann danach der Analogwert der Zündfunkenspannung gelesen werden. Der von der Recheneinheit 61 berechnete Wert der Zündfunkenspannung wird über die Leitung 5d zur Steuereinheit 3 zurückgeführt, um in einer im folgenden beschriebenen Art und Weise zum Steuern des Anlaßvorganges und der Kraftstoffeinspritzung benutzt zu werden.
-
Im dargestellten Beispiel sind die Triacs 23, 24 derart angeordnet, daß sie für einen Stromdurchlaß geschlossen sind, wenn an der Leitung 44, 45 eine Spannung anliegt. Wenn diese Spannung endet, d. h. an der negativen Flanke 65 der Spannung, siehe 4, wird das Zündsystem ausgelöst und der Triac 23, 24 ist offen, wodurch die Entladung des Ladekondensators 20 gestartet wird, und es wird über den Ausgang 50, 51 und den Schaltkreis 53 der Zähler 58 gestartet. Wenn es zum Zündfunken kommt und der Transientenimpuls 66 auftritt, wird letzterer über den Ausgang 52 von dem den Zähler 58 anhaltenden Schaltkreis 53 registriert. Wenn die Spannung wieder an die Leitung 44, 45 angelegt wird, d. h. an der positiven Flanke 67 der Spannung, wird dies über den Ausgang 50, 51 von dem den Zähler 58 auf Null stellenden Schaltkreis 53 erfaßt. Es sei bemerkt, daß die Stromunterbrecherglieder 23, 24 auch so angeordnet sein können, daß sie in Antwort auf einen positiven Impuls öffenen und in Antwort auf einen negativen Impuls schließen.
-
Die 5–9 geben das Ergebnis der Messungen der Zündfunkenspannung wieder. In 5 stellt die obere Kurve 68 die Spannung der Sekundärwicklung 15, 16 der Zündspule 17, 18 als Funktion der Zeit und die untere Kurve 69 die Spannung des Ladekondensators 20 als Funktion der Zeit dar. Auf diese Weise kann ersehen werden, daß der Transientenimpuls 66 gleichzeitig mit dem Zündfunken und der Abnahme der Spannung 68 auftritt, die aufgebaut worden war. Normalerweise wird an den Ladekondensator 20 eine Spannung von ungefähr 400 V angelegt, jedoch ist in den Diagrammen der 5–9 die Spannung durch 100 geteilt, d. h. die Spannung in dem Diagramm beträgt vor der Entladung 4V. Die mit der Kurve 68 dargestellte Sekundärspannung wird bei diesem Meßversuch mittels einer Hochspannungsmeßsonde erhalten. Die Anstiegszeit der Sekundärspannung ist durch die Wicklungsdaten der Zündspule 17, 18 konstruktiv festgelegt. Wie in 5 dargestellt, hat der Zeitverlauf der Sekundärspannung zumindest nach einer Anfangsdauer von ungefähr 2,8 μs d. h. oberhalb 10 kV, eine lineare Charakteristik. Die 6–9 geben in verschiedenen Zeitmaßstäben die obere Kurve 70, die den Auslöseimpuls auf der Leitung 44, 45 dargestellt, und die untere Kurve 71, die die Spannung am Ladekondensator 20 darstellt, wieder. Die 6–8 geben das Meßergebnis für eine Zündkerze mit einem Elektrodenspalt von 1,4 mm wieder. Es ist zu sehen, daß die Zeitdauer vom Auslösen bis zum Zündfunken ungefähr 6 μs beträgt, was einer Zündfunkenspannung von 33,6 kV entspricht. In 9 beträgt der entsprechende Elektrodenspalt 0,8 mm. Die Zeitdauer beträgt in diesem Fall ungefähr 4,1 μs, was eine Zündfunkenspannung von 19,8 kV ergibt.
-
Unter Bezugnahme auf 10 wird nun die Funktion der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Beim Starten des Motors 1 werden Hochspannungsimpulse 72 sequentiell allen Zündkerzen 11–14 zugeführt, d. h. die Hochspannungsimpulse 72 werden nacheinander jeder Zündkerze 11–14 zugeführt, die in 10 durch die Linien 73–76 wiedergegeben sind. Das bedeutet, daß jeder vierte dieser Hochspannungsimpulse 72 derselben Zündkerze zugeführt wird. Die Hochspannungsimpulse 72 werden mit einer sehr hohen Frequenz von beispielsweise 100 bis 500 Hz, vorzugsweise 200–400 Hz zugeführt. In 10 beträgt das Zeitintervall zwischen jedem Impuls 5 ms, d. h. eine Frequenz von 200 Hz. Wie in der Figur erkannt werden kann, beginnt die Zufuhr von Impulsen schon nach ungefähr 15 ms, was einer Kurbelwellendrehung von ungefähr 9° entspricht. Die Drehung der Kurbelwelle wird durch den Kurbelwellensensor 6 sensiert und durch die Kurve 77 dargestellt, in der der Abstand zwischen jedem unteren Kurvenscheitel eine Drehung von 6° darstellt. Gleichzeitig mit der Zufuhr der Hochspannungsimpulse 72 wird in dem Elektrodenspalt der Zündkerzen 11–14 die Zündfunkenspannung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gemessen. Das Niveau der Zündfunkenspannung ist schematisch durch die Kurve 78 wiedergeben. Wie ersichtlich, beträgt die Zündfunkenspannung ungefähr 4 kV, wenn die Verdichtung Null ist. Darüber hinaus ist ersichtlich, daß die Zündfunkenspannung mit jedem dem Zylinder C2 zugeführten Hochspannungsimpuls 72 der Kurve 74 steigt. Damit ist klar, daß es der Zylinder C2 ist, welcher sich als erstes im Verdichtungshub befindet. Folglich weiß die Steuereinheit 3 die Zündreihenfolge und kann die Kraftstoffeinspritzung entsprechend steuern. Wie aus 10 hervorgeht, kann Kraftstoff eingespritzt und die Zündung im Zylinder C2 10c vor dem oberen Totpunkt eintreten. Die Kurbelwelle hat sich dann um ungefähr 112° gedreht, d. h. lediglich gut ein Viertel einer Umdrehung.
-
Obwohl die dargestellten Ausführungsbeispiele sich auf ein kapazitives Zündsystem beziehen, kann die Erfindung auch auf induktive Zündsysteme angewendet werden. In einem solchen System ist es ebenfalls möglich, einen Transientenimpuls auf der Niederspannungsseite des Zündsystems zu erfassen, wenn der Zündfunke in dem Elektrodenspalt der Zündkerze auftritt. Darüber hinaus kann die Erfindung nicht nur auf Viertaktmotoren, sondern auch auf Zweitaktmotoren angewendet werden.
-
Des weiteren sei bemerkt, daß die Zündfunkeneinrichtungen durch andere Mittel als Zündkerzen realisiert werden können, z. B. durch eine Zündfunkeneinrichtung, bei der eine der den Elektrodenspalt bildenden Elektroden auf der Oberseite des Kolbens vorhanden ist.
