Die Erfindung betrifft eine Regelektronik, Steuergerät und Verfahren zur Regelung eines Mehrfachfunkenbetriebs einer Verbrennungskraftmaschine mit den im Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.

Eine Regelektronik, Steuergerät und Verfahren zur Regelung eines Mehrfachfunkenbetriebs einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art sind im Allgemeinen bekannt. Um in allen Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine eine sichere Entflammung eines Gemischs aus Kraftstoff und Luft zu gewährleisten, werden in einigen Betriebszuständen, wie beispielsweise während einer Startphase, durch ein Wiedereinschalten eines Zündtransformators unmittelbar nach einem Erlöschen eines Zündfunkens weitere Zündfunken in demselben Zündzyklus im Sinne einer Mehrfachzündung mittels einer Zündkerze erzeugt. Anhand eines Steuergeräts erfolgt eine Steuerung der Mehrfachzündung.

Darüber hinaus sind weiterführende Lösungen bekannt, die den Mehrfachfunkenbetrieb - auch als Multispark Mode bezeichnet - verbessern. Dabei wird bereits vor dem Erlöschen des Zündfunkens eine in dem Primärstromkreis des Transformators befindliche Primärinduktivität nachgeladen. Auf Grund einer noch vorhandenen Restenergie im Zündtransformator ist eine Nachladezeit der Primärinduktivität deutlich verkürzt. In diesem Zusammenhang kann von einem Effekt profitiert werden, bei dem ein wesentlicher Teil einer von dem Transformator erzeugten Zündfunkenenergie zu Beginn eines jeden Zündfunkens umgesetzt wird, wenn also der Zündfunkenstrom am höchsten ist, wobei dieser im Anschluss daran nahezu linear abnimmt. Auf diese Weise können folglich während eines Zündzyklus mehrere Zündfunken kurzer Dauer, jedoch vergleichsweise hoher Energie erzeugt werden. Das Steuergerät gibt dabei lediglich die Gesamtdauer des Mehrfachfunkenbetriebs vor, während eine Regelungselektronik eine Regelung des Mehrfachfunkenbetriebs, also eine Serie von aufeinander folgenden Zündfunken, übernimmt. In der Regel befindet sich die Regelungselektronik zusammen mit dem Zündtransformator in einem gemeinsamen Gehäuse.

Typischerweise sind in der Regelungselektronik feste Schwellwerte für einen Primärstrom und für einen Sekundärstrom hinterlegt, zu denen der Zündtransformator jeweils ausgeschaltet oder wieder eingeschaltet wird. Es bestehen jedoch eine Reihe von Einflussfaktoren, wie beispielsweise Zusammensetzung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs, Zündkerzenalterung und dergleichen, die bei festgelegten Schwellwerten einen optimalen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erschweren.

Aus der DE 100 03 109 A1 ist bereits eine Regelung eines Mehrfachfunkenbetriebs einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei dem ein Zündtransformator zur Abgabe oder Unterbrechung eines Zündfunkenstroms anhand zumindest einer programmierbaren Stromschwelle abschaltbar oder wieder einschaltbar ist.

Die erfindungsgemäße Regelektronik, Steuergerät und Verfahren zur Regelung eines Mehrfachfunkenbetriebs einer Verbrennungskraftmaschine mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, dass je nach Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine eine individuelle Einstellung der Schwellwerte, insbesondere Stromschwellen, für den Primärstrom und/oder für den Sekundärstrom vorgenommen werden kann. Dabei erfolgt eine Programmierung zumindest einer Stromschwelle. Die individuelle Einstellung der Stromschwellen ermöglicht demnach eine bedarfsorientierte Einstellung der Folgestromschwellen des Mehrfachfunkenbetriebs in jedem einzelnen Zündzyklus beziehungsweise Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine.

Anhand der individuellen Einstellung der Stromschwellen und der damit zusammenhängenden bedarfsorientierten Einstellung der Folgestromschwellen des Mehrfachfunkenbetriebs können somit bei Zündvorgängen auch Einflussfaktoren, wie beispielsweise Gemischzusammensetzung, Zündkerzenalterung und dergleichen, die einen optimalen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erschweren, berücksichtigt und kompensiert werden. Mit anderen Worten kann die Zuführung einer Zündenergie an eine Zündkerze an den Bedarf des jeweiligen Betriebs- und Lastzustandes der Verbrennungskraftmaschine optimal angepasst werden.

Letztlich lässt sich mit der vorliegenden Erfindung neben einer verbesserten Kraftstoffentflammung auch ein zuverlässigerer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleisten. Die verbesserte Kraftstoffentflammung wirkt sich zudem positiv auf einen Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine einerseits und auf einen Leistungsabruf der Verbrennungskraftmaschine andererseits aus.
Dabei ist es vorgesehen, dass die Übermittlung des Vorgabewertes für die Folgestromschwelle, insbesondere Sekundärstrom-Abschaltschwelle, anhand der Dauer der Zeitspanne erfolgt. Die Dauer der Zeitspanne beziehungsweise die Pausenzeit zwischen den beiden Ansteuersignalen des Steuergeräts stellt eine ohnehin vorhandene Signallücke dar, die durch eine gezielte und planmäßige Veränderung zu einer Werteassoziierung genutzt werden kann. So lässt sich beispielsweise einer Zeitspanne von 30 µs eine Sekundärstrom-Abschaltschwelle von 70 mA oder einer Zeitpause von 160 µs eine Sekundärstrom-Abschaltschwelle von 40 mA zuordnen.

Vorteilhafte Weiterbildungen, insbesondere hinsichtlich der Programmierung der Schwellen, ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.

Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist es vorgesehen, dass in Abhängigkeit eines mit einem Erfassungsmittel erfassbaren beziehungsweise messbaren Transformatorstroms, insbesondere Primärstrom und/oder Sekundärstrom, eine Einstellung der zumindest einen Stromschwelle erfolgt. Hierbei kann anhand eines Steuergeräts eine individuelle Einstellung der Schwellen dahingehend erfolgen, dass diese mit in dem Steuergerät hinterlegten optimalen Schwellen, welche für jeden Betriebszustand bekannt sind, in Übereinstimmung gebracht werden. Letztlich ist auf diese Weise, insbesondere unter Einbeziehung der eingestellten Schwellen, der Mehrfachfunkenbetrieb möglich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Übermittlung des Vorgabewertes für eine Folgestromschwelle von einem Steuergerät an eine Regelelektronik des Zündtransformators anhand einer kodierten Zeitspanne zwischen einem von einem Steuergerät ausgegebenen ersten Ansteuersignal und einem von dem Steuergerät ausgegebenen zweiten Ansteuersignal erfolgt. Mittels der Kodierung der Zeitspanne beziehungsweise der Pausenzeit zwischen den beiden Ansteuersignalen des Steuergeräts kann eine für den Zündtransformator geeignete Information über eine vorzusehende Stromschwelle übermittelt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Übermittlung des Vorgabewertes in Kombination mit einem auf einer zusätzlichen Stromschwelle basierenden weiteren Vorgabewert für eine zugehörige Folgestromschwelle, insbesondere Primärstrom-Abschaltschwelle, anhand der Dauer der Zeitspanne erfolgt. Hierbei ergibt sich ein Synergieeffekt, bei dem mittels lediglich eines Parameters, nämlich der Zeitspanne, eine Wertekombination sowohl für die Sekundärstrom-Abschaltschwelle als auch für die Primärstrom-Abschaltschwelle übermittelbar ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Übermittlung des Vorgabewertes in Verbindung mit einem Stromschwellen-Differenzwert über die Dauer der Zeitspanne erfolgt. Mit anderen Worten wird hierbei über die Pulspause ein Wertedelta übermittelt, das die jeweilige Stromschwelle bei einer langen Pulspause, beispielsweise um 10 mA, absenkt. Bei einer kurzen Pulspause kann anhand des Wertedeltas die entsprechende Stromschwelle, beispielsweise um 10 mA, angehoben werden. Auch vorsehbar ist eine Konstellation, bei der eine mittlere Pulspause zu keiner Veränderung der relevanten Stromschwelle führt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine bidirektionale Schnittstelle zwischen dem Steuergerät und dem Zündtransformator, insbesondere zur Übermittlung einer Funkenbrenndauer, vorgesehen ist. Dabei kann eine Rückmeldung von Informationen des Zündtransformators über eine Umschaltung eines Ansteuerstroms erfolgen. Zum Beispiel kann der Ansteuerstrom während der Funkenbrenndauer einem Wert von 20 mA und während einer Aufladephase einem Wert von 10 mA entsprechen. Das Steuergerät ist dann in der Lage, über den Strom die Funkenbrenndauer zu ermitteln und erhöht oder verringert die Sekundärstromschwelle in Abhängigkeit der benötigten Funkenbrenndauer. Damit kann letztlich eine fehlerhafte Interpretation vorhandener Pulspausen, insbesondere bei der Übermittlung von Stromschwellen-Differenzwerten, vermieden werden. Ferner ist gewährleistet, dass die Informationen im Steuergerät und im Zündtransformator stets übereinstimmen, wodurch eine Mitführung eines Fehlers in jedem weiteren Zündzyklus unterbleibt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Übermittlung des Vorgabewertes und/oder des weiteren Vorgabewertes anhand eines Stromschwellenwerte beinhaltenden Protokolls über die Dauer der Zeitspanne erfolgt. Hierbei umfasst das Protokoll Regeln, welche das Format, den Inhalt, die Bedeutung und die Reihenfolge gesendeter Informationen zwischen verschiedenen Instanzen, insbesondere zwischen der in dem Zündtransformator befindlichen Regelungselektronik und dem Zündtransformator selbst oder zwischen dem Steuergerät und der Regelungselektronik, festlegen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Erfassung eines Amplituden-Wertes eines ersten Primärstrompulses zur Einstellung der zumindest einen Stromschwelle, insbesondere Primärstrom-Abschaltschwelle, erfolgt. Die Amplitude des ersten Primärstrompulses wird demnach dazu verwendet, die Primärstromschwelle einzustellen beziehungsweise zu programmieren. Dabei entspricht der Amplitudenwert des ersten Pulses der Stromschwelle für alle nachfolgenden Pulse. Alternativ kann die Stromschwelle um einen festen Faktor erhöht oder verringert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Erfassung des Amplituden-Wertes des ersten Primärstrompulses zur Einstellung der Primärstrom-Abschaltschwelle die Übermittlung des Vorgabewertes der Sekundärstrom-Abschaltschwelle über die Dauer der Zeitspanne erfolgt. Hierbei wird der Amplitudenwert als Vorgabe für alle weiteren Primärstrom-Abschaltschwellen verwendet und gleichzeitig über die Pause der Sekundärstrom-Schwellwert übermittelt.
Vorteilhaft ist auch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem vorgesehen ist, dass mit der Amplitude respektive dem Amplituden-Wert des ersten Primärstrompulses die Übermittlung einer Kombination aus Sekundärstrom-Abschaltschwelle und Primärstrom-Abschaltschwelle erfolgt. Hierbei ergibt sich aus dem Schwellwert eine feste Wertekombination, wobei die Pause unberücksichtigt bleibt. Beispielsweise kann einer Amplitude von 15 A eine Wertekombination von 15 A für die Primärstrom-Abschaltschwelle und von 40 mA für die Sekundärstrom-Abschaltschwelle zugeordnet werden. Weiterhin kann bei einer Amplitude von 16 A die Abschaltschwelle für den Primärstrom bei 16 A und die Abschaltschwelle für den Sekundärstrom bei 50 mA liegen. Bei einer Abschaltschwelle von 17 A für den Primärstrom und einer Abschaltschwelle von 60 mA für den Sekundärstrom kann die Amplitude einen Wert von 17 A aufweisen.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Steuergerät in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Verbrennungskraftmaschine die Dauer der Zeitspanne einstellt, wobei zum Ende der Zeitspanne eine Messung und Speicherung des anstehenden Sekundärstromwertes erfolgt, der als Vorgabewert der zugehörigen Folgestromschwelle, insbesondere Sekundärstromschwellen, dient, wodurch eine weitere Alternative zu den vorgenannten Wertevorgaben gegeben ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Übermittlung des Vorgabewertes und/oder des weiteren Vorgabewertes anhand eines Stromschwellenwerte beinhaltenden Protokolls oder anhand eines die Stromschwellenwerte beinhaltenden Wertesignals, insbesondere pulsweitenmoduliertes Wertesignal, über die Dauer des zweiten Ansteuersignals erfolgt. Zur Übermittlung der entsprechenden Information während der Mehrfachfunkenphase ist hierbei ein für Eindrahtschnittstellen geeignetes Protokoll oder auch ein geeignetes pulsweitenmoduliertes Signal vorzusehen. Zur Vermeidung eines unerwünschten Einschaltens oder Ausschaltens des Zündtransformators auf Grund der Informationsübertragung, können vorzugsweise sehr kurze Pulse zum Einsatz kommen, die für eine standardmäßige Funktion heraus gefiltert werden können. Die gesendeten Informationen werden für diesen Fall erst im nächsten Zündzyklus verarbeitet.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung der Erfindung erfolgt; diese umfasst vielmehr alle Abwandlungen, Änderungen und Äquivalente, die im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Es zeigen:

Figur 1

ein Diagramm mit einem Ansteuersignalverlauf, insbesondere Verlauf einer Ansteuerspannung, sowie mit einem Primärstromverlauf und mit einem Sekundärstromverlauf, bei dem die Einstellung einer Sekundärstrom-Abschaltschwelle über eine kurze Pulspause erfolgt;

Figur 2

ein weiteres Diagramm mit einem Ansteuersignalverlauf, insbesondere Verlauf einer Ansteuerspannung, sowie mit einem Primärstromverlauf und mit einem Sekundärstromverlauf, bei dem die Einstellung der Sekundärstrom-Abschaltschwelle über eine lange Pulspause erfolgt;

Figur 3

ein Diagramm mit einem Ansteuersignalverlauf, insbesondere Verlauf einer Ansteuerspannung, und mit einem Verlauf eines Ansteuerstroms sowie mit einem Primärstromverlauf und mit einem Sekundärstromverlauf, bei dem durch eine Regelungselektronik eines Zündtransformators eine Änderung des Ansteuerstromes in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Transformators erfolgt (Nachladen = 20 mA und Entladen (Zündfunke) = 10 mA);

Figur 4

ein Diagramm mit einem Ansteuersignalverlauf, insbesondere Verlauf einer Ansteuerspannung, sowie mit einem Primärstromverlauf und mit einem Sekundärstromverlauf, bei dem die Einstellung einer Primär- und der Sekundärstrom-Abschaltschwelle, insbesondere anhand eines Abschaltschwellen-Wertepaars, über eine kurze Pulspause erfolgt;

Figur 5

ein weiteres Diagramm mit einem Ansteuersignalverlauf, insbesondere Verlauf einer Ansteuerspannung, sowie mit einem Primärstromverlauf und mit einem Sekundärstromverlauf, bei dem die Einstellung der Primär- und der Sekundärstrom-Abschaltschwelle, insbesondere anhand eines Abschaltschwellen-Wertepaars, über eine lange Pulspause erfolgt; und

Figur 6

ein Diagramm mit einem Ansteuersignalverlauf, insbesondere Verlauf einer Ansteuerspannung, sowie mit einem Primärstromverlauf und mit einem Sekundärstromverlauf, bei dem eine Informationsübertragung zur Einstellung der Strom-Abschaltschwellen während einer Mehrfachfunkenphase erfolgt.

In Figur 1 ist ein Diagramm 10 gezeigt, das den Verlauf einer Ansteuerspannung 11, den Verlauf eines Primärstroms 12 sowie den Verlauf eines Sekundärstroms 13 umfasst. Typischerweise sendet bei einem Mehrfachfunkensystem der vorliegenden Art ein Steuergerät bei einem Einsatz einer Eindrahtschnittstelle in einem Zündzyklus einen ersten Puls 14 und einen zweiten Puls 15. Der erste Puls 14 entspricht dem Puls einer konventionellen Transistorspulenzündung, wobei das Steuergerät sowohl eine Ladedauer als auch einen Zündzeitpunkt vorgibt. Der zweite Puls 15 gibt die Dauer einer Mehrfachfunkenphase vor. Zwischen den beiden Pulsen 14;15 - auch als Ansteuersignale bezeichnet - liegt eine Pulspause 16 oder auch eine Zeitspanne vor, die gemäß Figur 1 relativ kurz ausfällt und zur Programmierung zumindest einer Stromschwelle dient. Sofern die Pausenzeit 16 zwischen den beiden vom Steuergerät gesendeten Pulsen 14;15 kodiert ist, können über die Pulspause 16 Informationen beziehungsweise Datenwerte, wie beispielsweise Werte einer Sekundärstromschwelle 17, an den Zündtransformator, insbesondere Zündspule, übermittelt werden. Die Kodierung kann dabei durch verschiedene Varianten erfolgen.

Gemäß Figur 1 erfolgt über die Dauer beziehungsweise Länge der Pulspause 16 eine Übermittlung von Werten der Sekundärstrom-Abschaltschwelle 17. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Pulspause 16 einen Wert von 10 µs auf und entspricht somit einer Sekundärstrom-Abschaltschwelle 17 von 80 mA, was einem hohen Abschaltstrom gleich kommt. Neben der Sekundärstrom-Abschaltschwelle 17 ist eine Primärstrom-Abschaltschwelle 18 gegeben. Bei weiteren Wertepaarungen weist die Pulsdauer 16 Werte von 30 µs, 60 µs, 100 µs oder 160 µs, während die Sekundärstrom-Abschaltschwelle 17 auf Werte von 70 mA, 60 mA, 50 mA beziehungsweise 40 mA gesetzt wird. Gemäß Figur 2 beziehungsweise gemäß einem zugehörigen Diagramm 20 entspricht die Sekundärstrom-Abschaltschwelle 17 mit dem letztgenannten Wert von 40 mA der Pulspause 16 in Höhe von 160µs, was einen niedrigen Abschaltstrom bei einer vergleichsweise langen Pulspause widerspiegelt. Im Übrigen entspricht das Diagramm nach Figur 2 dem Diagramm entsprechend Figur 1 und weist ebenfalls den Verlauf des Ansteuersignals 11, den Verlauf des Primärstroms 12 mit zugehöriger Primärstrom-Abschaltschwelle 18 sowie den Verlauf des Sekundärstroms 13 auf.

In Figur 3 ist ein Diagramm 30 gezeigt, das den Verlauf der Ansteuerspannung 11, den Verlauf eines Ansteuerstroms 19 sowie den Verlauf des Primärstroms 12 und den Verlauf des Sekundärstroms 13 wiedergibt. Hierbei wird über die Pulspause 16 ein Stromschwellen-Differenzwert oder auch ein Wertedelta übermittelt. Eine lange Pulspause bedeutet in diesem Zusammenhang eine Absenkung der Stromschwelle um 10 mA. Eine kurze Pulspause bewirkt eine Anhebung der Stromschwelle um 10 mA. Eine mittlere Pausendauer hat keine Änderung zur Folge. Um eine fehlerhafte Interpretation vorhandener Pulspausen, insbesondere bei der Übermittlung von Stromschwellen-Differenzwerten, zu vermeiden, kann eine bidirektionale Schnittstelle zwischen dem Steuergerät und dem Zündtransformator vorgesehen werden. Dabei kann eine Rückmeldung von Informationen des Zündtransformators über eine Umschaltung eines Ansteuerstroms erfolgen. Zum Beispiel kann der Ansteuerstrom 19 während einer Funkenbrenndauer einem Wert 21 von 20 mA und während einer Aufladephase einem weiteren Wert 22 von 10 mA entsprechen. Das Steuergerät ist dann in der Lage, über den Strom die Funkenbrenndauer zu ermitteln und erhöht oder verringert die Sekundärstromschwelle in Abhängigkeit der benötigten Funkenbrenndauer. Damit ist gewährleistet, dass die Informationen im Steuergerät und im Zündtransformator stets übereinstimmen, wodurch eine Mitführung eines Fehlers in jedem weiteren Zündzyklus unterbleibt.

In der Figur 4 ist ein Diagramm 40 gezeigt, das den Verlauf der Ansteuerspannung 11, den Verlauf des Primärstroms 12 sowie den Verlauf des Sekundärstroms 13 darstellt. Hierbei wird über die Länge der Pulspause 16 eine Kombination von Werten aus der Sekundärstrom-Abschaltschwelle 17 und der Primärstrom-Abschaltschwelle 18 übermittelt. Die Dauer der Pulspause 16 von 160 µs entspricht dabei 50 mA für die Sekundärstrom-Abschaltschwelle 17 und 17 A für die Primärstrom-Abschaltschwelle 18. Gemäß Figur 5, dessen Diagramm 50 ebenfalls den Verlauf des Ansteuersignals 11, den Verlauf des Primärstroms 12 sowie den Verlauf des Sekundärstroms 13 aufweist, beträgt die Dauer der Pulspause 100 µs, so dass für die Sekundärstrom-Abschaltschwelle 17 ein Wert von 50 mA und für die Primärstrom-Abschaltschwelle 18 ein Wert von 15 A zugeordnet sind. Weitere Zuordnungen weisen für eine Pulspause von 60 µs ein Stromschwellenverhältnis von 70 mA zu 17 A und bei einer Pulspause von 30 µs ein Stromschwellenverhältnis von 70 mA zu 15 A für die Sekundärstrom-Abschaltschwelle 17 beziehungsweise für die Primärstrom-Abschaltschwelle 18 auf.

In Figur 6 ist ein Diagramm 60 gezeigt, das den Verlauf der Ansteuerspannung 11 sowie den Verlauf des Primärstroms 12 und den Verlauf des Sekundärstroms 13 umfasst. Die Übermittlung der Information über die Stromschwellen erfolgt hierbei während der Mehrfachfunkenphase, also während des zweiten Pulses 15. Zur Übermittlung der Informationen und Werte kann ein für Eindrahtschnittstellen geeignetes Protokoll zum Einsatz kommen. Die Mehrfachfunkenphase beziehungsweise deren Signalverlauf ist hierbei Grundlage für eine Programmierung der Stromschwellen. Alternativ kann hierfür auch ein pulsweitenmoduliertes Signal Anwendung finden. Zur Vermeidung eines unerwünschten Einschaltens oder Ausschaltens des Zündtransformators auf Grund der Informationsübertragung während der Mehrfachfunkenphase, werden vorzugsweise sehr kurze Pulse 15.1 bis 15.4 eingesetzt, die für eine standardmäßige Funktion heraus gefiltert werden können. Die gesendeten Informationen werden für diesen Fall erst im nächsten Zündzyklus verarbeitet, da die Mehrfachfunkenphase beziehungsweise dessen Signal selbst als Informationsträger dient.