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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht aus von einer
Vorrichtung zur Zündung
einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruches.
Es sind bereits Vorrichtungen zur Zündung einer Brennkraftmaschine
bekannt, bei denen ein Rechner und eine Zündendstufe vorgesehen sind.
Von dem Rechner wird ein Ladestartpunkt berechnet, zu dem die Zündendstufe
beginnt, einen Stromfluss durch die Primärseite der Zündspule
zu steuern. Bei herkömmlichen
Zündvorrichtungen
wird durch den Rechner auch ein Zündzeitpunkt ausgegeben zu dem
die Zündendstufe
in einen nicht leitenden Zustand gesteuert wird.
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Aus der
DE 2655948 ist aus der
7 und der dazugehörigen Beschreibung bereits
eine Vorrichtung zum Zünden
einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist ein
Transistor
29 vorgesehen, durch den ein Stromfluss durch
die Primärseite
61 einer
Zündspule
steuerbar ist. Durch einen Kompensator
63 kann dabei erkannt
werden, wann der Stromfluss durch die Primärseite
61 der Zündspule
einen Vergleichswert überschreitet
und es wird dann eine Zündung
ausgelöst.
Es wird jedoch weder der Zeitpunkt der Auflösung der Zündung an die Einheit zurück gemeldet,
die die Zündung
bestimmt, noch ist eine nachfolgende Berücksichtigung dieser Information
bei der Ermittlung eines nachfolgenden Ladezeitpunkts berücksichtigt.
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Aus
DE
3006019 ist die Verwendung eines Rechners zum Zwecke der
Zündsteuerung
bekannt. Wie aus der Seite 11, letzter Absatz, und Seite 12, erster
Absatz, hervorgeht, wird dazu die Zeitdauer zwischen der vorhergehenden
Zündeinstellung
und dem Primärwicklungs-Stromdurchgang-Start
gerechnet. Wie sich aus der Seite 16, letzte 3 Zeilen und Seite
17, erster Absatz, ergibt, wird jedoch für die Berechnung unterstellt,
dass sich die Schaltungskonstanten der Spule nicht ändern und
nur ein Einfluss der Spannung der elektrischen Quelle (Batterie)
zu berücksichtigen
ist. Es wird somit auch nicht der Stromfuss durch die Primärseite der
Spule betrachtet. Es sind keinerlei Messelemente vorhanden, die eine
Aussage bezüglich
dieses Primärstroms
liefern.
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Ausgehend von dieser Lehre hat der
Fachmann jedoch keinerlei Veranlassuug, Signale, die durch Messungen
an einer Zündspule
ermittelt werden, für
nachfolgende Berechnungen eines Lagestartpunktes zu berücksichtigen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zündung einer
Brennkraftmaschine löst
dem gegenüber die
Aufgabe, dass die Zündung
unabhängig
vom Rechner erfolgt, wenn ein voreingestellter Primärstromwert überschritten
wird, d.h. dass die Zündenergie
durch das Erreichen des gewünschten
Abschaltstroms gesteuert wird und nicht von der Ausgabe einer Schließzeit oder
eines Schließwinkels
abhängt.
Dazu muss von dem Rechner nur ein Ladestartpunkt ausgegeben werden.
Der Recher wird daher nicht damit belastet, neben dem Ladestartpunkt auch noch
einen Zündzeitpunkt
auszugeben. Die Rechenkapazität
des Rechners kann daher für
andere Berechnungen genutzt werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Als
besonders einfaches Mittel zur Ansteuerung der Zündendstufe kann ein Flip-Flop
verwendet werden, wobei der Set-Eingang mit einem Ausgang des Rechners
verbunden ist. Zur Auslösung
der Zündung
kann dabei besonders einfach der Reset-Eingang des Flip-Flops verwendet werden.
Eine einfache Ausgestaltung der Mittel zur Erkennung des Stromflusses
durch die Primärwicklung
weist einen Widerstand und einen Komperator mit einer Vergleichsspannung
auf. Zur Auswertung des Zündzeitpunktes
kann das Signal des Komperators oder aber anderer Schaltungsteile,
z.B. eine Erfassung des Funkenstroms an der Sekundärwicklung der
Zündspule
oder der Kollektorspannung der Zündendstufe
herangezogen werden.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine
schematische Schaltung eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 verschiedene
Ladekurven der Primärspule,
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3 Steuersignale
für die
Ladekurve A der 2,
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4 Steuersignale
für die
Ladekurve B der 2,
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5 ein
schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung In der 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Zündung
einer Brennkraftmaschine als schematisches Schaltbild dargestellt.
Die Vorrichtung weist einen Mikrorechner 1 mit einem Ausgang 6 auf. Von
dem Mikrorechner kann am Ausgang 6 ein Signal erzeugt werden,
welches einem Set-Eingang 8 eines Flip-Flops 7 zugeführt wird.
Das Flip-Flop 7 weist einen Ausgang 13 auf, der
mit einem Steueranschluss einer Zündendstufe 2 verbunden
ist. Die Zündendstufe 2 ist
hier vereinfacht als einfacher Transistor dargestellt. Der Kollektor
der Zündendstufe 2 ist mit
der Primärseite 3 einer
Zündspule
verbunden. Der andere Anschluss der Primärseite 3 der Zündspule
ist mit einer Batteriespannung 20 (UBAT)
einer Batterie verbunden. Der Emitter der Zündendstufe 2 ist über einen
Messwiderstand 10 mit einem Masseanschluss 21 verbunden.
Zwischen der Zündendstufe 2 und
dem Messwiderstand 10 ist ein Abgriff vorgesehen, der mit
einem Eingang eines Komperators 11 verbunden ist. Der andere
Eingang des Komperators 11 ist mit einer Vergleichsspannung
UREFverbunden. Ein Ausgang des Komperators 11 ist
mit einem Reset-Eingang 9 des Flip-Flops 7 und
einem Eingang 12 des Rechners 1 verbunden. Weiterhin
weist die Zündspule
noch eine Sekundärwicklung 4 auf,
in der bei einer Unterbrechung des Stromflusses durch die Primärseite 3 eine
Hochspannung induziert wird. Dieses Hochspannungssignal erzeugt
in der Zündkerze 5 einen
Zündfunken.
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Die Funktion dieser Vorrichtung wird
nun anhand der 2 und 3 erläutert. In der 2 wird die Zeitachse T gegen eine Stromachse
I aufgetragen. Ruf der Stromachse I wird der Strom durch die Primärseite der
Zündspule 3 gezeigt.
In der 3 sind ebenfalls
zwei Zeitachsen T aufgetragen. In der oberen Zeitachse werden die
Signale am Set-Eingang 8 des Flip-Flops 7 dargestellt.
Am unteren Zeitstrang werden die Signale am Reset-Eingang 9 des Flip-Flops 7 dargestellt.
Die Signale in der 3 beziehen
sich auf die Kurve A der Fi gur 2. Die 4 entspricht
der 3, wobei sich jedoch
die in der 4 gezeigten
Signale auf den Kurvenverlauf entsprechend der Kurve B der 2 beziehen.
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Zunächst betrachten wir den Kurvenverlauf der
Kurve A der 2. Zu einem
Zeitpunkt t0 erzeugt der Rechner 1 ein
Startsignal und gibt es über
den Ausgang 6 aus. Dieses Signal wird im oberen Zeitstrahl
der 3 dargestellt. Durch
dieses Signal zum Zeitpunkt t0 wird der
Flip-Flop 7 gesetzt, d.h. es wird ein entsprechendes Ausgangssignal
am Ausgang 13 erzeugt, welches die Endstufe 2 leitend
steuert. Es wird so ein Stromfluss durch die Primärseite 3 der Zündspule
erzeugt. Durch die Induktivität
der Spule steigt der Stromfluss jedoch nicht schlagartig, sondern
langsam und stetig an. Dieses Ansteigen des Stromflusses durch die
Primärwicklung
der Zündspule 3 entspricht
dem Anstieg des Stromflusses I, wie er in der 2 dargestellt wird. In Abhängigkeit
von dem Stromfluss durch die Primärseite 3 der Zündspule
wird am Eingang des Komperators 11 ein entsprechender Anstieg
des gemessenen Spannungssignales verursacht. Wenn die Spannung am
Eingang des Komperators 11 dann den Wert UREF erreicht,
so wird ein entsprechendes Ausgangssignal am Ausgang des Komperators 11 erzeugt.
Dieses Signal am Ausgang des Komperators 11 wird entsprechend
dem Eingang 12 des Rechners 1 bzw. dem Rücksetz-Eingang 9 des
Flip-Flops 7 zugeführt.
In der 3 ist in dem
unteren Zeitstrahl das entsprechende Reset-Signal dargestellt, bei
dem es sich um ein Signal zum Zeitpunkt t1 handelt.
Zu diesem Zeitpunkt erreichte die Ladekurve der Zündspule,
wie sie im Verlauf A der 2 dargestellt
wird, den vorgegebenen Stromfluss I1 und
der Komperator 11 erzeugt ein entsprechendes Reset-Signal an den Flip-Flop 7.
Durch dieses Reset-Signal wird der Flip-Flop 7 zurückgesetzt, so
dass die Zündendstufe 2 in
einen nicht leitenden Zustand gebracht wird und der Stromfluß durch
die Primärseite
schlagartig gestoppt wird. Durch diese Maßnahme wird dann auf der Sekundärseite der Zündspule 4 ein
entsprechend starkes Hochspannungssignal erzeugt, welches zum Auslösen des Zündfunken
an der Zündkerze 5 führt.
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In einem Zündsystem muss der Rechner normalerweise
zwei Steuerfunktionen übernehmen, nämlich sowohl
den Zeitpunkt t0 ausgeben, bei dem der Ladevorgang
der Zündspule 3 gestartet
wird, wie auch den Zeitpunkt t1, bei dem
der Ladevorgang der Primärwicklung 3 der
Zündspule
beendet wird und die Zündung
ausgelöst
wird. Bei dem hier vorliegenden System ist es jedoch nur erforderlich,
seitens des Rechners 1 einen Zeitpunkt auszugeben, nämlich den
Zeitpunkt t0, zu dem das Laden der Zündspule 3 begonnen
wird. Das Beenden des Ladevorganges der Zündspule 3 erfolgt
dann automatisch durch den Komperator 11 und das Zurücksetzen
des Flip-Flops 7.
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Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt
t0 und t1 ist von
den Eigenschaften und Einsatzbedingungen der Zündungskomponenten wie bspw.
Temperatur der Zündspule
oder Zündendstufe
oder aber auch Toleranzen der Zündspule
oder Zündendstufe abhängig . Außerdem wirken
sich die Versorgungsspannung und die Leitungswiderstände auf
die Ladezeit der Zündspule
aus. Dies wird in den 2 und 4 anhand der Ladekurve B
der 2 und der dazugehörigen 4, die die entsprechenden
Signalverläufe
zeigt, dargestellt. In der 4 wird
in dem oberen Zeitstrahl wieder das Signal zum Zeitpunkt t0 dargestellt, durch den der Flip-Flop 7 gesetzt
und so der Stromfluss durch die Zündendstufe 2 bzw.
die Primärseite 3 der
Zündspule
augelöst
wird. Wie sich im unteren Zeitstrahl der 4 erkennen lässt, wird jedoch das Reset-Signal
nicht zum Zeitpunkt t1 sondern zum Zeitpunkt
t2 erzeugt, was daraus resultiert, dass
die Ladekurve B der 2 eine
etwas geringere Steilheit aufweist als die Ladekurve A. Dies kann dann
bspw, durch eine Temperaturerhöhung
der Zündspulen oder
Zündendstufen
oder Toleranzen der Zündspulen
oder der Zündendstufen
oder weitere Einflußgrößen verursacht
sein.
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Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass
der Rechner 1 eine derartige Abweichung des Zündzeitpunktes
von dem eigentlich gewünschten Zeitpunkt
t1 auf den real dann erfolgten Zündzeitpunkt
t2 bei der Berechnung eines darauffolgenden Zeitpunktes
t0, zu dem dann wieder das Laden der Zündspule
begonnen wird, berücksichtigt.
Durch einen Vergleich der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t0 und t1 der vorgehenden
Zündung
bekommt der Mikrorechner 1 eine Information, wie lange
der Ladevorgang jeder einzelnen Zündspule gedauert hat. Dies
wird dann bei der Berechnung eines darauffolgenden Zeitpunktes t0 berücksichtigt,
um einen gewünschten
Zeitpunkt für
die Zündung
zu erzielen. Insbesondere ist es möglich, diese Berechnungen für jeden
Zylinder individuell durchzuführen
und dadurch Abweichungen der einzelnen Zündungskomponenten zu kompensieren.
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Für
einen ersten Zündvorgang
beim Start der Brennkraftmaschine kann der Rechner 1 einen
gespeicherten Wert verwenden. Dieser gespeicherte Wert kann entweder
fest vorgegeben sein oder er kann bei einem vorhergehenden Betrieb
der Brennkraftmaschine durch eine Messung ermittelt worden sein.
Alternativ ist es auch möglich,
für diesen
Startwert mehrere unterschiedliche Werte vorzusehen, die bspw. in
Abhängigkeit
von der Temperatur ausgewählt
werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die für die Ladung
der Zündspule 3 benötigte Zeit
stark von der Temperatur abhängt.
Der Startwert kann auch für
jeden Zylinder individuell sein.
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Es wird so eine Vorrichtung geschaffen,
bei der die Zündenergie
nicht mehr von der Ausgabe einer Schließzeit oder eines Schließwinkels
abhängt, sondern
nur vom Erreichen des gewünschten
Primärstroms
durch die Primärwicklung
der Zündspule. Der
Rechner 1 muss nur noch einen Zeitpunkt ausgeben d.h. den
Ladestartpunkt t0, zu dem die Ladung der
Primärseite
der Zündspule 3 gestartet
wird.
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In der 5 wird
ein weiteres Ausführungsbeispiel
gezeigt, bei dem die Rückmeldung
der erfolgten Zündung
nicht anhand des Komperators 11 sondern durch eine zusätzliche
Messvorrichtung erfolgt. Mit den Bezugzeichen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 20 und 21 werden
wieder die gleichen Gegenstände
bezeichnet wie in der 1.
Zur Erkennung einer erfolgten Zündung
in der Brennkraftmaschine ist jedoch eine separate Vorrichtung vorgesehen.
Dazu sind hier exemplarisch zwei Widerstände 31 und 32 gezeigt,
zwischen denen ein Abgriff einer Messvorrichtung 33 angeordnet
ist. Die Messvorrichtung 33 weist einen Ausgang auf, der
wiederum mit dem Eingang 12 des Rechners 1 verbunden
ist. Es wird hier somit nicht das Ausgangssignal des Komperators 11 verwendet
um festzustellen ob und zu welchem Zeitpunkt t1eine
Zündung
erfolgt ist. Durch den Spannungsteil 31 und 32 stellt
sich am Eingang der Messvorrichtung 33 in Abhängigkeit
von einem Zündfunken
und einem daraus resultierenden Stromfluss ein entsprechender Spannungspegel
am Eingang der Messvorrichtung 33 ein. Durch die Auswertung dieser
Spannung kann geschlossen werden, ob und zu welchem Zeitpunkt t1eine Zündung
an der Zündkerze
erfolgte. Damit wird der Rechner 1 in die Lage versetzt,
für die
nächstfolgende
Zündung
eine entsprechende Anpassung des Ladestartpunktes vorzunehmen.
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In der 6 wird
ein weiteres Ausführungsbeispiel
gezeigt, bei dem die Rückmeldung
der erfolgten Zündung
anhand des Spannungssignals der Primärseite der Zündspule
erfolgt. Mit den Bezugzeichen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 20 und 21 werden
wieder die gleichen Gegenstände
bezeichnet wie in der 1.
Zur Erkennung einer erfolgten Zündung
in der Brennkraftmaschine ist jedoch der Kollektor der Zündendstufe
mit einer Auswertung 50 verbunden. In der Auswertung 50 wird
anhand des Spannungsverlaufs in der Primärseite der Zündspule untersucht
ob und zu welchem Zeitpunkt eine Zündung an der Zündkerze
erfolgt ist oder nicht. Das Ergebnis der Untersuchung wird dann
an den Eingang 12 des Mikrorechners weitergeleitet.
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Durch die Methoden der 5 und 6 kann auch eine Aussage über den
Zustand des Zündsystems
erfolgen. Neben der Rückmeldung über eine ausgelöste Zündung können so
noch weitere Aussagen über
das Zündsystem
getroffen werden.
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Weiterhin sollte noch angemerkt werden, dass
die Schaltfunktionen die hier durch diskrete Bauelemente beschrieben
wurden auch unmittelbar in der Zündendstufe 2 oder
im Rechner realsiert sein können.
Es ist ohne weiteres möglich
durch einen entsprechende Auslegung der Endstufe 2 die Flip-Flop
Funktion mit in der Endstufe 2 zu realisieren. Weiterhin
kann auch die Stromsensierung, die hier durch den Widerstand 10 und
den Komparator 11 realisiert wurde mit in einem Ansteuerelement
für den
Stromfluß durch
die Primärseite
der Zündspule integriert
sein.