DE4237271A1 - Zündsteuerung für Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündsteuerung für Verbrennungs­ kraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Gattungsgemäße Zündsteuerungen für Verbrennungskraftmaschi­ nen sind seit langem bekannt. So ist aus der Offenlegungs­ schrift DE 39 28 726 eine Hochfrequenz-Wechselstromzündung bekannt. Bei diesem Zündsystem läßt sich die Brenndauer des Zündfunkens verändern. Der Nachteil dieses Zündsystems liegt darin, daß die Zündstromamplitude konstant bleibt. Diese Zündstromamplitude muß so groß gewählt werden, daß sie in allen Betriebszuständen des Motors eine sichere Zündung gewährleistet. Die eigentlich benötigte Zündstromamplitude ist für verschiedene Betriebszustände sehr unterschiedlich. Dies gilt gleichfalls für die Amplitude der Zündspannung. Dies bedeutet, daß die zur Zündung eingesetzte Energie in den meisten Fällen zu groß ist. Als Folge davon ergibt sich ein erhöhter Zündkerzenverschleiß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündsteuerung für Ver­ brennungskraftmaschinen zu schaffen, welche dem jeweiligen Betriebszustand angepaßt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zündsteuerung ermög­ licht eine Anpassung der Zündstromamplitude entsprechend dem Betriebszustand des Motors.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Schaltplans einer Steuerungsschaltung darge­ stellt und nachstehend erläutert.

Die Rechnereinheit 1 ist mit mehreren Sensoren 2 verbunden. Diese Sensoren 2 dienen der Aufnahme von Meßwerten, die den Betriebszustand des Motors wie z. B. die Motordrehzahl, die Motortemperatur, etc. charakterisieren. Der Steuerausgang 3 der Rechnereinheit 1 führt zum Eingang des Und-Gatters 22. Der Steuerausgang 4 der Rechnereinheit 1 ist mit dem positi­ ven Eingang des Komparators 26 verbunden. Der Ausgang des Komparators 26 führt zum R-Eingang des RS-Flip-Flops 18. Der Q-Ausgang des RS-Flip-Flops ist über einen Treiber 17 mit dem Steuereingang des IGB-Transistors (IGBT) 12 verbunden. Mit dem IGB-Transistor in Serie geschaltet ist eine Spule 10b und eine Betriebsspannungsquelle 5. Die Spule 10b ist induktiv gekoppelt mit einer Spule 10a, die parallel zu einer Zündkerze 11 geschaltet ist. Parallel zum IGB-Tran­ sistor 12 ist ein Kondensator 13 geschaltet. Parallel zu diesem Kondensator 13 liegt eine Reihenschaltung aus einer Spule 14a und einer Diode 15. Die Spule 14a ist mit einer Spule 14b induktiv gekoppelt, die parallel zu einem Wider­ stand 30 liegt. Der Widerstand 30 ist über ein Differenzier­ glied 16 und einen Inverter 19 mit dem Eingang des Und-Gat­ ters 22 verbunden. Parallel zur Spule 10b liegt eine induk­ tiv gekoppelte Spule 10c, die über eine Diode 20 und einen Inverter 21 zum Eingang des Und-Gatters 22 führt. Der Aus­ gang des Und-Gatters 22 ist mit dem S-Eingang des RS-Flip- Flops 18 verbunden. Der Q-Ausgang des RS-Flip-Flops 18 ist mit dem Steuereingang des Transistors 25 und der Eingang des Transistors 25 mit einer Stromquelle 23 verbunden. Parallel zum Transistor 25 liegt ein Kondensator 24. Der Ausgang der Stromquelle 23 ist mit dem Minus-Eingang des Komparators 26 verbunden.

Im folgenden soll die Funktionsweise der Zündsteuerung näher erläutert werden.

Wie bekannt, ist die in einer Spule mit Induktivität L gespeicherte Energie E bei einem Stromfluß I durch folgende Formel bestimmt:

E = ½ L I².

Da die Induktivität L der Spule 10a in der vorliegenden Anwendung nicht veränderbar ist, kann die gespeicherte Energie nur über den Strom I geändert werden. Der Strom ist nach der Formel

I = U × t/L

bestimmt. Da aus technischen Gründen die Betriebsspannung 5 konstant gehalten werden muß, bleibt als einzige Einstell­ größe zur Veränderung der gespeicherten Energie die Strom­ flußzeit t. Sie wird geändert durch Variation der Einschalt­ zeit eines IGB-Transistors 12. Je länger der IGB-Transistor angesteuert wird, desto größer wird der Strom I der durch die Spule 10a fließt und desto größer ist die in ihr gespei­ cherte Energie E. Über diese Energie lädt sich dann auch mittels der in der Spule 10b induzierten Spannung die Zünd­ stromamplitude steuern. Gesteuert wird die gesamte Schaltung von einem Rechner 1 aus, in dem ein motorspezifisches Zündkennlinienfeld abgelegt ist und der mittels Sensoren 2 Informationen über den augenblicklichen Betriebszustand des Motors erhält. Aus diesen Parametern wird ein Impuls für die Zündfunkendauer generiert, der auf den Steuerausgang 3 gegeben wird, sowie eine variable Spannung zur Steuerung der Zündenergie, welcher auf den Steuerausgang 4 gegeben wird, gewonnen. Der Einschaltimpuls am Ausgang 3 setzt über ein Und-Gatter 22 das RS-Flip-Flop 18. Über den jetzt positiven Q-Ausgang des Flip-Flop 18 und über die Treiberstufe 17 wird der IGB-Transistor 12 eingeschaltet. Gleichzeitig wird über den Q-Ausgang des Flip-Flop 18 der Transistor 25 gesperrt. Der von der Stromquelle 23 gelieferte Strom kann nun den Kondensator 24 laden und erzeugt an diesem eine linear ansteigende Spannung U_l. Diese Spannung U_l und die vom Rechner 1 gelieferte Energie-Steuerspannung am Ausgang 4 werden dem Eingängen eines Komparators 26 zugeführt. Über­ steigt die Kondensatorspannung U_l die Steuerspannung 4, wird die Spannung am Ausgang des Komparators positiv, wo­ durch das Flip-Flop 18 zurückgesetzt wird. Der IGB-Tran­ sistor 12 wird gesperrt. Die in der Spule 10 gespeicherte Energie erzeugt an dem Kondensator 13 eine halbsinusförmige Spannung, die, auf die Sekundärseite der Spule transfor­ miert, die Zündspannung an der Zündkerze 11 darstellt. Die überschüssige Energie wird über die Diode 15 in die Spule zurückgeliefert. Da während der Dauer der halbsinusförmigen Spannung am Kondensator 13 und während der Leitzeit der Diode 15 der Kondensator 24 keine Ladung erhalten soll, bleibt das Und-Gatter 22 über die Diode 20 und Inverter 21 sowie Stromwandler 14, Differenzierschaltung 16 und Inverter 19 gesperrt. Das Flip-Flop 18 kann nicht gesetzt werden und der Transistor 25 bleibt leitend und verhindert ein Aufladen des Kondensators 24. Sind beide Vorgänge abgeklungen, wird das Gatter 22 freigegeben, das Flip-Flop 18 gesetzt und der Zyklus beginnt von neuem. Durch diese Maßnahme ist es mög­ lich, den Zündstrom den jeweiligen Verhältnissen anzupassen und damit eine maximale Kerzenlebensdauer zu erzielen.

Eine derartige Steuerung der Zündenergie führt zu dem Vor­ teil einer Erhöhung der Lebensdauer des Katalysators. Es ist bekannt, daß Benzin den Katalysator zerstört. Um dessen Lebensdauer zu verlängern, muß folglich verhindert werden, daß Benzin in den Katalysator gelangt. Zu diesem Zweck wird der Rechner 1 mit einem Sensor zur Zünderkennung verbunden, der ein Signal bei erfolgter Entflammung liefert. Solche Sensoren können z. B. Klopfsensoren oder Bewegungsgeber sein, die die differentielle Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfassen. Am Beginn einer Zündperiode bestimmt der Rechner 1 eine Zündenergie ein, wie er durch das Kennli­ nienfeld vorgegeben ist. Wird eine Entflammung festgestellt, wird der Zündvorgang sofort abgebrochen. Wird dagegen nach einer vorgegebenen Zeit keine Entflammung festgestellt, läßt der Rechner den Zündenergie z. B. kontinuierlich ansteigen, bis eine Zündung erfolgt. Wird innerhalb der vorgesehenen Zündperiode keine Entflammung erzielt, kann die Zündenergie auf Maximalwert eingestellt werden und die Zündung für die Dauer bis zum Erreichen des nächsten oberen Totpunktes (OT) eingeschaltet bleiben. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß soviel wie möglich von dem im Zylinder vorhandenen Benzin-Luft-Gemisch verbrannt wird, was zu einer größtmög­ lichen Katalysatorlebensdauer führt. Treten mehrere solcher Fehlzündungen in einem bestimmten Zeitintervall auf, kann durch bestimmte Maßnahmen die Benzinzufuhr des speziellen Zylinders gestoppt werden und ein Alarmsignal für Fahrer gegeben werden.

Beide oben beschriebenen Maßnahmen, die Zündenergiesteuerung in Abhängigkeit von einem Kennlinienfeld und einem Entflam­ mungssensor, ergeben ein Optimum an Kerzenschonung und Katalysatorlebensdauer.

Claims (1)

1. Zündsystem, mindestens bestehend aus einer Gleichspannungs­ quelle, einer Zündspule mit Primärwicklung und einem steuer­ baren Halbleiterschalter in Reihenschaltung, einer im Strom­ kreis der Sekundärwicklung der Zündspule angeordneten Zünd­ kerze und einer Rechnereinheit, die mit mehreren Sensoren zur Aufnahme von Betriebsparametern verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (1) den Halbleiter­ schalter (12) steuert, daß in der Rechnereinheit ein motor­ spezifisches Zündkennlinienfeld abgespeichert ist und daß die Rechnereinheit (1) aufgrund der Betriebsparameter einen Steuersignal erzeugt, das die in der Zündspule gespeicherte Energie steuert.