Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Elektronische Zündsysteme bestehen im allgemeinen aus einem Steuergerät, einer Zündendstufe und der Zündspule mit Zündkerze. Das Steuergerät übermittelt der Zündendstufe, ob sie die Zündspule beladen oder zünden soll. Die Zündendstufe belädt die Zündspule bis zu einem vorgegebenen Zündstrom und hält ihn bis zur Zündanforderung konstant, danach entlädt sich die Zündspule über die Zündkerze. Zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens sind Zündstrom und Brenndauer (Zündenergie) sehr groß gewählt. Da eine so große Zündenergie beim warmgelaufenen Motor nicht notwendig ist, verringert sich die Lebensdauer von Zündkerzen.

[0003] Zur Verlängerung der Lebensdauer von Zündkerzen ist es notwendig, die Zündenergie steuern zu können. Dies kann z. B. durch einen variablen Zündstrom, oder definiertes "Löschen" des Zündfunkens geschehen. Ein Verfahren zum Beeinflussen der Brenndauer ist aus der DE 40 38 440 A1 bekannt. Die Ansteuerung der für einen variablen Zündstrom benötigten Zündendstufe erfolgt üblicherweise über eine Spannungskodierung des Steuersignals. Die Spannungskodierung hat den Nachteil, daß die Information bei einem Spannungsabfall zwischen Steuergerät und Zündendstufe falsch ausgewertet wird. Außerdem muß das Steuergerät aufwendiger (mit analogem Ausgang) aufgebaut werden.

[0004] Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus DE-A-28 10 665 bekannt. Dort wird ein Zusatzimpuls dem eigentlichen Zündimpuls vorausgeschickt und mit diesem zusammengefaßt und verlängert in entsprechender Weise den eigentlichen Zündimpuls. Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, daß der Strom durch die Zündspule nicht gezielt begrenzbar ist.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, daß die Ansteuersignale ohne zusätzlichen Aufwand an Leitungen sicher übertragen werden und die Zündenergie nach Maßgabe des Steuersignals einstellbar ist.

[0006] Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstands des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben. Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 6 und 7 angegehen.

[0007] Die Erfindung, die mit rein digitalen Pegeln funktioniert, nutzt die Tatsache, daß die Signale, die den normalen Zündablauf betreffen (laden und zünden), bestimmte Zeitbereiche nicht unterschreiten. So liegt z. B. die minimale Beladezeit für Zündspulen bei hohen Drehzahlen bei ca. 3 ms.

[0008] Um eine größere Zündenergie anzufordern, wird gleich zu Beginn der Beladezeit der Zündspule das Steuersignal im Steuergerät durch einen weiteren Impuls ergänzt. Es entsteht außer dem Normsignal N ein kurzes Extrasignal E, welches die Information "Zündstrom erhöhen" übermitteln soll. Die Zündendstufe kann diesen Impuls registrieren und bei Vorhandensein die entsprechende Zündenergie bereitstellen. Für die Funktion "Zünden" wird die fallende Flanke des Impulses E unterdrückt, da E mit einer Dauer von ca. 0,1 ms für sich allein keine Zündanforderung darstellt.

[0009] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

[0010] Dabei zeigt:

Fig. 1

das Steuergerät mit Zündendstufe, Zündspule und Zündkerze;

Fig. 2

drei Zündzyklen mit zugehörigen Steuersignalen;

Fig. 3

die Signale für die Beladung der Spule;

Fig. 4

das Signal für die Erhöhung des Zündstroms;

Fig. 5

den Stromverlauf in der Zündspule;

Fig. 6

die Erzeugung der Signale "Spule beladen" und "Zündstrom erhöhen" und

Fig. 7

das Schaltbild Ansteuerung der Zündspule.

[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine größere Zündenergie, wie sie beispielsweise für den Kaltstart benötigt wird, in Form einer Zündstromerhöhung bereitgestellt.

[0012] In Fig. 2 sind drei Zündzyklen mit ihren Steuersignalen N1, N2, E und N3 dargestellt. Die ersten beiden Steuersignale N1 und N2 fordern einen normalen Zündstrom an, im dritten Zyklus soll der Zündstrom erhöht werden.

[0013] Eine Zündstromerhöhung wird der Zündendstufe 2 mitgeteilt, indem das Steuersignal St zu Beginn des Beladevorgangs analysiert wird (Fig. 2, dritter Zyklus). Die Zündendstufe begrenzt darauf für einen Zyklus den Zündstrom erst ab einer höher liegenden Schwelle, dem erhöhten Zündstrom. Ab diesem Maximum wird der Spulenstrom begrenzt.

[0014] Aus dem Steuersignal St werden in der Zündendstufe 2 zwei Signale generiert:

a) Zum Beladen und Zünden der Spule wird der Austastimpuls herausgefiltert, so daß sich die Form eines konventionellen Steuersignals N3' ergibt (Fig. 3).

b) Hat das Steuergerät 1 die Forderung E nach einer Zündstromerhöhung abgesandt, kann die Zündendstufe 2 dies an dem kurzen Impuls E im Steuersignal (s. Fig. 2) erkennen. In diesem Fall wird das Signal ZE "Zündstrom erhöhen" generiert (Fig. 4).

[0015] Fig. 5 zeigt den Strom durch die Zündspule. Mit Beginn jedes Zyklus steigt der Strom an, bis der gewünschte Zündstrom erreicht ist. Die Zündendstufe hält dann den Strom konstant, bis die Zündung erfolgt.

[0016] Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit, wie sich die beiden Signale aus dem Steuersignal St gewinnen lassen. Das Monoflop 5 überdeckt zusammen mit der Oder-Schaltung 6 den Impuls E und bildet somit das Signal SL "Spule beladen". Tritt innerhalb der 0,7 ms des Monoflops ein Impuls E im Steuersignal St auf (Und-Schaltung 7), wird das Flip-Flop 8 für die Ladezeit gesetzt und zeigt an seinem Ausgang an, daß der Zündstrom erhöht werden soll. Rückgesetzt wird das Flipflop 8 nach der Zündung ("Spule beladen" wird "low").

[0017] Fig. 7 zeigt eine mögliche Realisierung der Zündspulenansteuerung in Abhängigkeit vom Steuersignal. Der Leistungstransistor TR, der die Zündspule 3 ansteuert, ist in diesem Fall als "Sense-FET" realisiert. Dadurch kann an seinem zusätzlichen Ausgang ein dem Zündspulenstrom proportionaler kleiner Sensorstrom abgegriffen werden. Dieser Sensorstrom wird über die Widerstände R1 und OP1 mit einem Referenzstrom I_ref verglichen, um zu erkennen, ob der Zündstrom bereits erreicht ist. Über einen Halbleiterschalter S1 kann der Referenzstrom "I_ref klein" (I_ref1) oder "I_ref groß" (I_ref1 + I_ref2) geschaltet werden. S1 wird von dem Flip-Flop in Fig. 6 angesteuert. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird der Zündstrom erhöht.

[0018] R2, C und OP2 bilden einen invertierenden Integrator. Die Ausgangsspannung von OP2 wird langsam erniedrigt oder erhöht, je nachdem der Komparator OP1 ein über- oder Unterschreiten des gewünschten Zündstroms anzeigt. Soll die Zündspule beladen werden, befindet sich der Schalter S2 in der gezeigten Position: Der Ausgang des Integrators OP2 wird über den Spannungsfolger OP3 auf den Leistungstransistor geschaltet.

[0019] Zum Zünden wird der Eingang des Spannungsfolgers über den Schalter S2 auf Masse gezogen (das Oder-Gatter aus Fig. 6 steuert den Halbleiterschalter S2). Der Leistungstransistor unterbricht daraufhin den primärseitigen Zündspulenstrom und auf der Sekundärseite der Zündspule wird in der Zündkerze ein Funke ausgelöst.

[0020] Das bisherige Beispiel bezog sich auf eine einstufige diskrete Erhöhung der Zündenergie durch eine Erhöhung des Spulenstroms um einen konstanten Betrag. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der maximale Spulenstrom und damit die Zündenergie je nach Anforderung durch die Belastung und Temperatur des Motors auch in mehreren kleineren Stufen gesteuert werden. Dazu wird im Steuergerät 1 beispielsweise ein variables Voreilen des zusätzlichen Steuerimpulses E gegenüber dem normalen Zündimpuls N3 erzeugt und von der Zündendstufe 2 aus dem Steuersignal St zurückgewonnen und decodiert. Beispielsweise wird durch einen Taktgeber der zeitliche Abstand der beiden Signale E, N3 dadurch gemessen, daß die von ihm erzeugten Impulse über eine Torschaltung auf einen Zähler gelangen.

[0021] Der Zählerinhalt ist dann proportional zur Erhöhung des Spulenstroms St. Das Signal "Zündstrom erhöhen" ZE besteht dann nicht aus einem einzigen Impuls, sondern aus einer der Folge der von der Torschaltung durchgelassenen Zählimpulse.

[0022] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann aus diesem Signal auch ein dazu proportionales Zeitsignal gewonnen werden, wodurch schließlich die Brenndauer der Zündkerze entsprechend der benötigten Zündenergie gesteuert wird. Dies geschieht durch Kurzschließen der Primärseite der Zündspule 3, wobei die in der Zündspule gespeicherte Energie über eine Freilaufdiode in einem Widerstand dissipiert wird.

[0023] Außer durch die Voreilzeit des zusätzlichen Steuerimpulses E gegenüber dem normalen Zündimpuls kann die Brenndauer und/oder die maximale Größe des Zündstroms auch durch die Breite des zusätzlichen Steuerimpulses E bestimmt werden. Die Bestimmung der Breite des übermittelten Impulses geschieht in der Zündendstufe wieder analog zu dem oben behandelten Vorgehen. Es ist also auch daran gedacht, bei erhöhter Zündenergie die Brenndauer der Kerze mit der maximalen Größe des Zündstroms gemeinsam zu steigern.

Ansprüche

1. Verfahren zur Änderung der Zündenergie einer Zündspule mit einer angeschlossenen Stromüberwachung, bei dem Zündimpulse von einem Steuergerät zur einer Zündendstufe übertragen werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen zwei von einem Steuergerät erzeugte Zündimpulse ein zusätzlicher Steuerimpuls (E) eingefügt wird, und daß abhängig von diesem zusätzlichen Steuerimpuls (E) ein Zündstrombegrenzer auf einen vorgegebenen erhöhten Wert des Zündstroms für die Zündspule umgeschaltet wird oder die Brenndauer der Zündkerze beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zündendstufe (2) den zusätzlichen Steuerimpuls (E) und den zugehörigen Zündimpuls (N3) zu einem einheitlichen Impuls (N3') umformt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die maximale Größe des Zündstroms und/oder die Brenndauer durch die Voreilzeit der ansteigenden Flanke des zusätzlichen Steuerimpulses (E) gegenüber dem normalen Zündimpuls (N3) bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brenndauer und/oder die Größe des Zündstroms durch die Breite des zusätzlichen Steuerimpulses (E) bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß aufgrund der Kürze des zusätzlichen Steuerimpulses (E) mit dem Impuls eines Monoflops (5) festgestellt wird, daß der kein normaler Zündimpuls ist, und infolgedessen kein Zündvorgang ausgelöst wird.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Steuergerät (1), welches Motorkennziffern wie Temperatur und Winkellage der Kurbelwelle als Eingangsgröße erhält, ein davon abgeleitetes, zusätzliches Steuersignal (E) Zurischen zwei Zündimpulse eingefügt und auf eine Zündendstufe (2) gibt, dessen ansteigende Flanke ein Monoflop (5) anstößt, dessen Impuls zusammen mit dem Steuersignal sowohl auf ein UND-Glied (7) als auch auf ein ODER-Glied (6) gegeben wird, dessen Ausgang als Signal zum Beladen der Spule dient und zum Rücksetzen eines Flipflops (8), welches durch das UND-Glied (7) gesetzt, das Signal zum Erhöhen des Zündstroms gibt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Signal "Zündstrom erhöhen" mittels eines Schalters (S1) zur Erhöhung der Eingangsspannung eines ersten Operationsverstärkers (OP1) dient, welcher über einen weiteren Operationsverstärker (OP2), welcher als Integrator geschaltet ist, den Zündstrom in der Zündspule (3) dadurch erhöht, daß über einen Spannungsfolger und einen Leistungstransistor (TR) der Strom in der Primärwicklung der Zündspule (3) ansteigt, und daß der Ausgang der ODER-Stufe (6) "Spule beladen" an einen Halbleiterschalter (S2) am Eingang des dritten Operationsverstärkers (OP3) so lange geschlossen ist, so lange die Zündspule (3) zu laden ist.

Claims

1. Method of varying the ignition energy of an ignition coil with a connected current monitoring, in which ignition pulses from a control apparatus are transmitted to an ignition end stage, characterised in that additional control pulses (E) are inserted between two ignition pulses produced by the control apparatus and that in dependence on this additional control pulse (E) and ignition current limiter is switched over to a predetermined increased value of the ignition current for the ignition coil or the burn period of the spark plug is influenced.

2. Method according to claim 1, characterised in that the ignition end stage (2) converts the additional control pulse (E) and the associated ignition pulse (N3) into a single pulse (N3').

3. Method according to one of claims 1 and 2, characterised in that the maximum size of the ignition current and/or the burn period is determined by the lead time of the rising flank of the additional control pulse (E) relative to the normal ignition pulse (N3).

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterised in that the burn period and/or the size of the ignition current is determined by the width of the additional control pulse (E).

5. Method according to claim 2, characterised in that due to the shortness of the additional control pulse (E) it is established by the pulse of a monoflop (5) that that is not a normal ignition pulse and consequently an ignition process is not triggered.

6. Circuit arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterised in that a control apparatus (1), which contains engine characterising figures such as temperature and crankshaft angle as input magnitudes, inserts an additional control signal (E), which is derived therefrom, between two ignition pulses and passes it to an ignition end stage (2), the rising flank of which additional control signal acts on a monoflop (5), the pulse of which together with the control signal are passed to both an AND member (7) and an OR member (6), the output of which serves as a signal for charging the coil and for resetting a flipflop (8) which, set by the AND member (7), gives the signal for increasing the ignition current.

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterised in that the signal "increase ignition current" serves, by means of a switch (S1), for increasing the input voltage of a first operational amplifier (OP1), which by way of a further operational amplifier (OP2), which is connected as an integrator, increases the ignition current in the ignition coil (3) in such a manner that by way of a voltage leaper and a power transistor (TR) the current in the primary winding of the ignition coil (3) rises, and that the output of the OR stage (6) "charge coil" is connected to a semiconductor switch (S2) at the input of the third operational amplifier (OP3) for as long as the ignition coil (3) is to be charged.

Revendications

1. Procédé pour modifier l'énergie d'allumage d'une bobine d'allumage avec une surveillance de courant raccordée, où des impulsions d'allumage sont transmises par un appareil de commande à un étage final d'allumage, caractérisé en ce qu'on insère entre deux impulsions d'allumage produites par un appareil de commande une impulsion de commande additionnelle (E) et qu'en fonction de cette impulsion de commande additionnelle (E), un limitateur de courant d'allumage est commuté à une valeur augmentée prédéterminée du courant d'allumage pour la bobine d'allumage, ou bien qu'une influence est exercée sur la durée de brûlage de la bougie d'allumage.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage final d'allumage (2) transforme l'impulsion de commande additionnelle (E) et l'impulsion d'allumage associée (N3) en une impulsion unitaire (N3').

3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la grandeur maximale du courant d'allumage et/ou la durée de brûlage est déterminée par le temps d'avance du flanc montant de l'impulsion de commande additionnelle (E) par rapport à l'impulsion d'allumage normale (N3).

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la durée de brûlage et/ou la grandeur du courant d'allumage est déterminée par la largeur de l'impulsion de commande additionnelle (E).

5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on constate sur la base de la brieveté de l'impulsion de commande additionnelle (E) avec l'impulsion d'un multivibrateur monostable (5), qu'il ne s'agit pas d'une impulsion d'allumage normale et que, par conséquent, une opération d'allumage n'est pas déclenchée.

6. Disposition de montage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un appareil de commande (1) qui reçoit des indices de moteur, comme la température et la position angulaire du vilebrequin comme grandeur d'entrée, insère un signal de commandé (E) additionnel, dérivé de celle-ci entre deux impulsions d'allumage et le transmet à un étage final d'allumage (2) dont le flanc montant heurte un multivibrateur monostable (5) dont l'impulsion conjointement avec le signal de commande est transmise à la fois à un élément: ET (7) et également à un élément OU (6) dont la sortie sert de signal pour charger la bobine et pour la remise à l'état initial d'un flip-flop (8) qui, établi par l'élément ET (7), émet le signal pour augmenter le courant d'allumage.

7. Disposition de montage selon la revendication 6, caractérisée en ce que le signal "augmenter courant d'allumage" au moyen d'un interrupteur (S1) sert à augmenter la tension d'entrée d'un premier amplificateur opérationnel (OP1) qui, par un amplificateur opérationnel additionnel (OP2), qui est commuté comme intégrateur, augmente le courant d'allumage dans la bobine d'allumage (3) en ce que, par un suiveur de tension et un transistor de puissance (TR), le courant dans l'enroulement primaire de la bobine d'allumage (3) augmente, et en ce que la sortie de l'étage OU (6) "bobine chargée" à un interrupteur semi-conducteur (S2) à l'entrée du troisième amplificateur opérationnel (OP3) est fermée aussi longtemps que la bobine d'allumage (3) doit être chargée.

Zeichnung