[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] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
[0009] 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.
[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine größere Zündenergie, wie sie beispielsweise
für den Kaltstart benötigt wird, in Form einer Zündstromerhöhung bereitgestellt.
[0011] 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.
[0012] Einer 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.
[0013] 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).
[0014] 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.
[0015] 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").
[0016] 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 Zünstrom erhöht.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
1. Verfahren zum Ansteuern einer Zündspule,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Übermittlung zusätzlicher Informationen zur Steuerung der Zündenergie zwischen
Steuergerät (1) und Zündendstufe (2) in einem Zeitbereich, der für die Zündung keine
Bedeutung hat, zwischen zwei Zündimpulsen (N2, N3) ein zusätzlicher Steuerimpuls (E)
übertragen 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 Anspruche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Übermittlung des zusätzlichen Steuerimpulses (E) die Brenndauer und/oder
die Größe des Zündstroms beeinflußt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
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.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brenndauer und/oder die Größe des Zündstroms durch die Breite des zusätzlichen
Steuerimpulses (E) bestimmt wird.
6. 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.
7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Ansteuern einer Zündspule,
bei der zur Übermittlung zusätzlicher Informationen zwischen Steuerelektronik und
Zündendstufe in einem Zeitbereich, der für die Zündung keine Bedeutung hat, ein kurzer
zusätzlicher Steuerimpuls übertragen wird, 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) 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.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,
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.