DE19917889B4

DE19917889B4 - Energiegesteuertes Zündsystem für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19917889B4
Application number: DE19917889A
Authority: DE
Inventors: Luigi P. Columbus Tozzi; Robert R. Indianapolis Atherton
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2019-04-21
Also published as: US6035838A; JP3249488B2; GB2336629A; FR2777607A1; DE19917889A1; GB9908823D0; GB2336629B; JPH11324880A; FR2777607B1

Abstract

Energiegesteuertes Zündsystem für einen Verbrennungsmotor, mit:
– einer Zündkerze (50) mit ersten und zweiten Elektroden (66, 68), die einen dazwischenliegenden Zündspalt (78) definieren,
– einer Zündspule, die mit den ersten und zweiten Elektroden (66, 68) der Zündkerze (50) verbunden ist, wobei die Zündspule auf ein Steuersignal anspricht, um einen Entladestrom über dem Zündspalt (78) zu erzeugen, und
– einem Widerstand (118), der über dem Zündspalt (78) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (118) derart dimensioniert ist, dass der Entladestrom in einem ersten vordefinierten Zeitintervall nach der Erzeugung des Steuersignals auf einen Wert unterhalb eines ersten Grenzstrompegels begrenzt ist und über einem zweiten Grenzstrompegel gehalten wird, der kleiner als der erste Grenzstrompegel ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Zündsysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere die Steuerung der Zündenergie in derartigen Systemen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei herkömmlichen induktiven Zündsystemen für Verbrennungsmotoren ist ein Zündkerzenentladestrom typischerweise durch einen anfänglich hohen Stromspitzenwert charakterisiert, dem sich ein nachfolgender Stromabfall anschließt. Ein Beispiel einer derartigen herkömmlichen Wellenform 150 eines Entladestroms ist in 6 dargestellt.
Eine andere Klasse von Zündsystemen umfaßt speziell konfigurierte Zündkerzen, die den Lichtbogen von sich weg bewegen können, um die Verbrennung von mageren Luft/Kraftstoff Gemischen zu erleichtern. Ein Beispiel einer derartigen Zündkerze umfaßt einen um die Elektroden angebrachten Magneten, wobei das magnetische Feld den Lichtbogen von der Zündkerze nach außen bewegen kann. Eine Ausführungsform einer derartigen Zündkerze ist in den US-Patenten 5 555 862 und 5 619 959 von Tozzi beschrieben, auf deren Offenbarungen hiermit ausdrücklich verwiesen wird. Bei Zündkerzen dieser Art bestehen zwei Hauptziele darin, die Zündfähigkeit bei einem mageren Luft/Kraftstoff Gemisch und gleichzeitig auch die Lebensdauer der Elektroden zu maximieren. Leider ist die herkömmliche, in 8 dargestellte Entladestromwellenform 150 nicht so optimiert, daß sie zum Erreichen eines dieser Ziele beträgt. Wenn ein übermäßiger Entladestrom zu früh während des Zündvorgangs auftritt, verursacht er eine übermäßige Elektrodenerosion, während ein nicht ausreichender Entladestrom gegen Endes des Zündvorgangs zu einer schlechten Verbrennung führt.
Daher wird bei Zündsystemen mit Zündkerzen, die den Lichtbogen wegbewegen, ein System zum Steuern eines Zündkerzenentladestroms während des gesamten Zündvorgangs benötigt, um so die beiden Ziele zu erreichen, nämlich die Entzündbarkeit von Kraftstoff bei mageren Luft/Kraftstoff-Gemischen und gleichzeitig auch die Lebensdauer der Elektroden zu maximieren.
Aus dem gattungsbildenden Stand der Technik DE 41 33 253 A1 ist ein Zündsystem bekannt, bei dem mittels einer Kippdiode das Sekundärspannungsangebot der Zündspule permanent auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt wird. Dadurch soll ein geringerer Kerzenabbrand erreicht und letztendlich die Lebensdauer der Zündkerzen verlängert werden. Die Festlegung eines Maximalwerts für die Sekundärspannung schließt jedoch nicht aus, dass die Sekundärspannung unter einen Wert fällt, der eine zuverlässige Beeinflussung des Lichtbogens zum Erreichen einer hinreichend guten Entzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches nicht mehr gewährleistet.
Aus der EP 0 281 528 A1 ist ein Zündsystem bekannt, bei welchem bei Erreichen eines vorbestimmten Maximalwerts in der Primärspule der Zündstrom unterbrochen wird, um eine Überbeanspruchung der Zündkerze zu vermeiden.
Aus der GB 13 617 24 sowie aus der DE 196 25 422 A1 sind Zündsysteme bekannt, bei denen mittels zusätrlicher Kompensatoren eine Hilfsspannung erzeugt werden kann, die über dem Zündspalt einen zweiten Entladestrom bewirkt, der den ersten Entladestrom unterstützt.
Aus der US 4,033,316 ist ein Zündsystem bekannt, bei dem vermittels einer Hochspannungsquelle der in dem Zündspalt auftretende Lichtbogen aufrechterhalten werden kann. Ähnliche Zündsysteme sind ferner aus der US 4,506,650 und der US 3,943,905 bekannt. Als weiterer Stand der Technik wird verwiesen auf die JP 61-182469 .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Zündsystem für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll die Elektrodenerosion minimiert und gleichzeitig die Entzündbarkeit des Luft/Kraftstoff-Gemisches optimiert sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Zündsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die obigen Mängel des Stands der Technik werden von der vorliegenden Erfindung behandelt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein energiegesteuertes Zündsystem für einen Verbrennungsmotor eine Zündkerze mit ersten und zweiten Elektroden, die einen dazwischenliegenden Elektrodenabstand definieren, eine mit den ersten und zweiten Elektroden der Zündkerze verbundene Zündspule, die auf ein Steuersignal anspricht, um ei nen Entladestrom über dem Elektrodenabstand zu erzeugen, und einen über dem Elektrodenabstand angeschlossenen Widerstand, der so dimensioniert ist, daß er den Entladestrom innerhalb eines ersten vordefinierten Zeitintervalls nach der Erzeugung des Steuersignals auf einen Wert unterhalb eines ersten Strompegelgrenzwerts begrenzt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein energiegesteuertes Zündsystem für einen Verbrennungsmotor eine Zündkerze mit ersten und zweiten Elektroden, die einen dazwischenliegenden Elektrodenspalt definieren, eine Zündspule mit einer Primärspule, die mit einer Sekundärspule gekoppelt ist, wobei die Primärspule auf ein erstes Steuersignal anspricht, um eine Zündspannung in der Sekundärspule zu induzieren, und die Sekundärspule auf die Zündspannung anspricht, um einen Entladestrom über dem Elektrodenspalt zu erzeugen, Einrichtungen zum Erfassen der Zündspannung und zum Erzeugen eines entsprechenden Zündspannungssignals, einen variablen Widerstand, der über dem Elektrodenspalt angeschlossen ist und auf ein zweites Steuersignal anspricht, um seinen Widerstandswert einzustellen, und einen Steuercomputer, der auf das Zündspan nungssignal anspricht, um das zweite Steuersignal zu erzeugen, wodurch die Größe des variablen Widerstands als Funktion des Zündspannungssignals eingestellt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein energiegesteuertes Zündsystem für einen Verbrennungsmotor eine Zündkerze mit ersten und zweiten Elektroden, die einen dazwischenliegenden Elektrodenspalt definieren, eine mit den ersten und zweiten Elektroden der Zündkerze verbundene Zündspule, wobei die Zündspule auf eine Steuerspannung anspricht, um über dem Elektrodenspalt einen ersten Entladestrom zu erzeugen, und Einrichtungen zum Erzeugen einer Hilfsspannung über zumindest einem Teil der Zündspule unabhängig von der Steuerspannung, die auf die Hilfsspannung anspricht, um über dem Elektrodenspalt einen zweiten Entladestrom zu erzeugen, der den ersten Entladestrom ergänzt.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlicher. Es zeigt:
1 eine Querschnittsansicht einer bekannten Zündkerze zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung,
2 eine um 90° gegenüber 1 gedrehte Querschnittsansicht der Zündkerze aus 1,
3 eine vergrößerte Ansicht der Elektroden der Zündkerze aus 1,
4 eine vergrößerte Darstellung der in 3 gezeigten Elektroden, die den Stromfluß zwischen diesen darstellt, wenn der Lichtbogen in Richtung der Elektrodenenden bewegt wird,
5 eine grafische Darstellung des Entladestroms über der Gasdichte, die einen bevorzugten Bereich eines Entladestrombetriebs zeigt, um eine Elektrodenbeschädigung zu vermeiden und gleichzeitig ein gleichmäßiges Wegbewegen des Lichtbogens aufrechtzuerhalten,
6 eine grafische Darstellung der Entladestromdichte über der Entladestromdauer, die den Stromdichtewert zeigt, der für ein gleichmäßiges Wegbewegen eines Lichtbogens erforderlich ist,
7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen energiegesteuerten Zündsystems,
8 eine grafische Darstellung des Zündkerzenentladestroms über die Zeit, der einige der Zündenergiesteuerverfahren der vorliegenden Erfindung zeigt,
9 ein Flußdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Softwarealgorithmus zeigt, um nach einer Zündspaltionisation den Entladestrom in einen gewünschten Strombereich zu bringen,
10 eine grafische Darstellung des Widerstands über dem Zylinderdruck, die ein bevorzugtes Verfahren zum Abbilden einer aktuellen Motorlast auf einen gewünschten Widerstandswert zum Einstellen des in 7 gezeigten variablen Widerstandes zeigt,
11 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen energiegesteuerten Zündsystems, und
12 eine grafische Darstellung des Zündkerzenentladestroms über der Zeit für das in 11 gezeigte System, die einige der Zündenergiesteuerverfahren der vorliegenden Erfindung zeigt.
Um das Verständnis der Grundlagen der Erfindung zu vereinfachen, wird nun auf eine bevorzugte, in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und es werden Fachbegriffe verwendet, um dieselbe zu beschreiben. Nichtsdestotrotz versteht es sich, daß dies keine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung bedeutet.
Bezugnehmend auf 1 bis 4 wird nun ein Beispiel einer bekannten Zündkerze 50 zum Wegbewegen eines Lichtbogens veranschaulicht, die bei den Zündentladestromsteuerverfahren der vorliegenden Erfindung Anwendung findet. Die Zündkerze 50 in 1 umfaßt ein typischerweise aus einem metallischen Material bestehendes Gehäuse 54 mit einem Gewindebereich 52. Der Gewindebereich 52 ermöglicht das Anbringen der Zündkerze 50 in einem passend geformten Gewindeloch in einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt). Eine Oberfläche 56 des Gehäuses 54 paßt mit einer Oberfläche des Zylinderblocks oder des Zylinderkopfes zusammen, um mit der in dem Zylinderblock ausgebildeten Verbrennungskammer einen luftdichten Abschluß zu bilden. Eine Anschlußelektrode 58 ist in einer Bohrung 62 eines Isolators 60, typischerweise eine Keramik oder ein vergleichbares Material, angebracht, wobei der Isolator 60 in das Gehäuse 54 eingepaßt ist. Ein distales Ende des Gehäuses 54 und der Isolator 60 bilden einen Hohlraum 64 mit darin ausgebildeten ersten und zweiten Elektroden 66 und 68. Die Elektrode 66 ist an dem Gehäuse 54 in einer bekannten Weise angebracht und die Elektrode 68 ist vorzugsweise über eine Elektrodenverlängerung 63 und eine Feder 70 mit der Anschlußelektrode 58 elektrisch verbunden. In jedem Fall bilden die Elektroden 66 und 68 zwischen sich einen divergierenden Spalt 65.
Magneten 72 und 74 (2) sind in dem Isolator 60 angebracht und umgeben im wesentlichen den Hohlraum 64. Die Magneten 72 und 74 erzeugen ein magnetisches Feld in dem Hohlraum 64 und somit innerhalb des Elektrodenspalts 65, der, wie im folgenden detaillierter beschrieben wird, einen zwischen den Elektroden 66 und 68 innerhalb des Spalts 65 aufgebauten Lichtbogen nach außen in Richtung des Endes der Zündkerze 50 treiben kann.
Der Isolator 60 besteht vorzugsweise aus Siliziumnitrid. Die Magneten 72 und 74 bestehen vorzugsweise aus Samariumkobalt und das Gehäuse 54 ist aus Materialien hergestellt, die typischerweise bei Zündkerzenkonstruktionen verwendet werden, wie z.B. Stahl oder dergleichen. Die Elektrode 58 besteht vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium und die Elektroden 66 und 68 bestehen vorzugsweise aus Stahl oder vergleichbaren, auf dem Gebiet der Zündkerzenkonstruktion gut bekannten Materialien, die lichtbogenerosionsbeständig sind.
Der Isolator 60 ist kein perfekter thermischer Isolator und vorzugsweise ist eine Kühlkörperhülse 71 zwischen den Magneten 72 und 74 und einer inneren Oberfläche 53 des Gehäuses 54 vorgesehen, um bei dem Verbrennungsprozess erzeugte Wärme von den Magneten 72 und 74 in Richtung des Gehäuse 54 abzuziehen. Vorzugsweise besteht die Kühlkörperhülse 71 aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer oder dergleichen.
Bezugnehmend auf 3 wird nun eine vergrößerte Ansicht der Elektroden 66 und 68 gezeigt. Der zwischen den Elektroden 66 und 68 ausgebildete Zündspalt weist einen schmalen Spalt 76 auf, der aufgrund der Konfiguration der Elektrode 66 in einen größeren Zündspalt 78 übergeht. Bezugnehmend auf 4 ist eine vergrößere Ansicht der Elektroden 66 und 68 gezeigt. Es sind verschiedene Lichtbögen 36a–36c wiedergegeben, um die relative Position eines Lichtbogens zu veranschaulichen, der entsprechend unterschiedlicher Leistungspegel der dem Anschluß 58 der Zündkerze 50 zugeführten Zündsignale zwischen den Elektroden 66 und 68 erzeugt und aufgebaut wird. Insbesondere wird der Lichtbogen 36a aufgebaut, wenn zwischen Oberflächen 66a und 68a der Elektrode 66 bzw. 68 ein Zusammenbruch der Moleküle auftritt, wodurch ein Plasmabereich erzeugt wird, in dem ein Stromfluß aufgebaut werden kann. Das Plasma enthält Ionen, die einen Kanal für einen Stromfluß zulassen. Ein Durchschlag des Luftspalts 76 zwischen den Oberflächen 66a und 68a wird deshalb oft als Spaltionisation bezeichnet. Sobald eine Spaltionisation auftritt, wird in dem durch den Ionisationsvorgang erzeugten Plasmabereich ein Stromfluß und dementsprechend der Lichtbogen 36a aufgebaut. Wenn der Widerstand des Luftspalts 76 aufgrund des Ionisationsvorgangs zusammengebrochen ist, fällt die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens 36a erforderliche Spannung typischerweise gegenüber der zum Aufbau des Lichtbogens erforderlichen Spannung ab.
Der Lichtbogen 36a kann in die durch den Lichtbogen 36d wiedergegebene Stellung zwischen einer Oberfläche 66b der Elektrode 66 und einer Oberfläche 68a der Elektrode 68 gedrängt werden, indem der Pegel und/oder die Dauer des in die Elektrode 66 fließenden Stroms I vergrößert wird. In ähnlicher Weise kann der Lichtbogen in die durch den Lichtbogen 36c wiedergegebene Stellung zwischen einer Oberfläche 66c der Elektrode 66 und einer Oberfläche 68b der Elektrode 68 gedrängt werden, indem der Pegel und/oder die Dauer des in die Elektrode 66 fließenden Stroms I noch mehr vergrößert wird. In beiden Fällen reduziert eine Kapselung der Magneten 72 und 74 deutlich die Menge des Stroms, die erforderlich ist, um den Lichtbogen zwischen den Elektroden 66 und 68 in geeigneter Weise zu positionieren. Der in 4 als F abgebildete Kraftvektor ist eine grafische Wiedergabe des Lorentz-Kraftvektors, der gemäß der Formel i x B auf den Lichtbogen 36a-c wirkt. Der von den Elektroden 66 und 68 definierte divergierende Spalt ermöglicht den Aufbau eines Lichtbogens mit variabler Länge in einer Zündkerzenvorrichtung, was besonders vorteilhaft ist, wenn in einem Fahrzeug Motoren zur Verwendung mit unterschiedlichen Kraftstoffen eingebaut sind.
Motoren für alternative Kraftstoffe, insbesondere Motoren für flüssiges Propan- oder Erdgas, arbeiten typischerweise mit mageren Luft/Kraftstoff-Gemischen und Zylinderdrücken bei der Verbrennung, die mit der Motorlast stark variieren können. Im allgemeinen steigt der Zylinderdruck mit der Motorlast an, wobei sich der Durchmesser des Lichtbogens 36a-c entsprechend verringert. Während somit der Durchmesser des Lichtbogens bei niedriger Motorlast zu akzeptablen Oberflächentemperaturen der Elektroden 66 und 68 führen kann, verkleinert sich der Durch messer des Lichtbogens bei einem Anstieg der Motorlast, so daß ein entsprechend konzentrierter Lichtbogen bei hoher Motorlast zu Oberflächentemperaturen der Elektroden 66 und 68 führen kann, die deren Schmelzpunkt überschreiten. Erfindungsgemäß wird der zwischen den Elektroden 66 und 68 fließende Strom bei allen Motorlastzuständen so gesteuert, daß eine Stromdichte J vorliegt, die kleiner als die maximale Stromdichte ist, oberhalb derer Oberflächentemperaturen der Elektroden auftreten können, die den Schmelzpunkt derselben überschreiten. Der zwischen den Elektroden 66 und 68 fließende Strom wird auch so gesteuert, daß eine Stromdichte vorliegt, die größer als eine minimale Stromdichte ist, unterhalb derer ein ungleichmäßiges Wegbewegen des Lichtbogens 36a-c auftreten kann. Diese zwei Kriterien sind grafisch in 5 und 6 veranschaulicht. 5 zeigt den Entladestrom i aus 4, der über der Gasdichte aufgetragen ist, die dem Zylinderdruck proportional ist. Wie in 5 gezeigt, markiert eine Wellenform 80 die Grenze für den maximalen Entladestrom, oberhalb derer die Oberflächentemperaturen der Elektroden den Schmelzpunkt derselben überschreiten können. Eine Wellenform 82 markiert die Grenze des minimalen Entladestroms, unterhalb derer ein ungleichmäßiges Wegbewegen des Lichtbogens 36a-c auftreten kann. Zwischen den Wellenformen 80 und 82 ist für die vorliegende Erfindung ein akzeptabler Entladestrombereich definiert. 6 zeigt die Entladestromdichte, die über der Entladestromdauer aufgetragen ist. Wie aus 6 ersichtlich, ist die Entladestromdichte 84, unterhalb derer eine ungleichmäßige Lichtbogenausbreitung auftritt, eine mit der Zeit abnehmende Funktion.
Innerhalb des zwischen den Wellenformen 80 und 82 gemäß 5 definierten Bereichs für einen akzeptablen Entladestrom betrifft die vorliegende Erfindung die Minimierung von Erosion (aufgrund übermäßigen Stromflusses) der Oberflächen 66a und 66b der Elektrode 66 und der Oberfläche 68a der Elektrode 68, wobei zugleich die Fähigkeit Kraftstoff bei mageren Luft/Kraftstoff-Gemischen zu zünden maximiert wird. Die Oberflächen 66c und 68b der Elektroden 66 bzw. 68 tragen im allgemeinen nicht zu Abmessungen des Zündspalts 76 und 78 (3) bei, wodurch die Erosion der Oberflächen derselben weniger Anlaß zur Besorgnis gibt. Nachdem eine Spaltionisation aufgetreten ist, wird der Entladestrom (i aus 4) erfindungsgemäß bevorzugt auf einen optimal niedrigen Strompegel begrenzt, wobei der niedrige Strom knapp über einem Strompegel liegt, der für einen gleichmäßigen Antrieb des Lichtbogens erforderlich ist. Wenn der Lichtbogen sich über eine spezifizierte Strecke längs des divergierenden Spalts 65 ausgebreitet hat, wird der Entladestrom allmählich bis auf einen optimalen Strompegel erhöht, bei dem ein Entzünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches auftreten kann. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Systems 100, mit dem diese Aufgaben gelöst werden, ist in 7 dargestellt.
Bezugnehmend auf 7 enthält ein energiegesteuertes Zündsystem 100 eine Zündspule mit einer Primärspule 102, die in bekannter Weise mit einer Sekundärspule 104 induktiv verbunden ist. Ein Ende der Primärspule 102 erhält ein Steuersignal zum Aktivieren des Zündsystems 100, wobei dieses Steuersignal über einen Signalweg 116 zu einem Eingang IN2 eines Steuercomputers 112 geleitet wird. Vorzugsweise ist der Steuercomputer 112 mikroprozessorgesteuert und weist digitale Signalverarbeitungsmöglichkeiten sowie einen Speicherbereich 146 auf. Ein Ende 104a der Sekundärspule 104 ist mit einem Ende der Zündkerze 50 und mit einem Ende eines variablen Widerstandes 118 verbunden, wobei ein entgegengesetztes Ende 104b der Sekundärspule 104 mit Masse, mit einem gegenüberliegenden Ende der Zündkerze 50 und mit einem gegenüberliegenden Ende des variablen Widerstandes 118 verbunden ist. Ein Ausgang OUT1 des Steuercomputers 112 ist über einen Signalweg 120 mit dem variablen Widerstand 118 verbunden, um dessen Widerstand zu steuern.
Der variable Widerstand 118 ist in 7 als Potentiometer mit einem an dessen Ende angebrachten Schleifer dargestellt, wobei der Steuercomputer 112 die Position des Schleifers über OUT1 steuern kann. Es versteht sich, daß der Aufbau des in 7 gezeigten variablen Widerstands 118 eine Ausführungsform desselben darstellt, wobei die vorliegende Erfindung berücksichtigt, daß jeder bekannte Aufbau für variable Widerstände verwendet werden kann, die von einem Steuercomputer 112 gesteuert werden können, um so deren Größe einzustellen. Beispiele für bekannte Aufbauten und Verfahren zur Widerstandsanpassung umfassen über Zenerdioden gesteuerte Widerstandsanordnungen, sogenannte R/2R-Leiteranordnungen und dergleichen, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Das Ende 104a der Sekundärspule 104 ist außerdem mit einem Spannungssensor 110 verbunden oder weist einen integrierten Spannungssensor 110 auf, der über einen Signalweg 114 mit dem Eingang IN1 des Steuercomputers 112 verbunden ist. Es versteht sich, daß bei der vorliegenden Erfindung für den Spannungssensor 110 jeder bekannte Sensor verwendet werden kann, der eine Durchschlagsspannung V_BD bestimmen kann, die, wie oben beschrieben, der zum Ionisieren des Spalts 65 der Zündkerze 50 erforderlichen Spannung entspricht, und der dem Eingang IN1 des Steuercomputers 112 ein entsprechendes Signal zuführen kann.
Die Sekundärspule 104 weist vorzugsweise eine Anzahl von Abgriffen auf, die jeweils mit einem Kondensator verbunden sind, wobei ein Laden und Entladen der Kondensatoren von dem Steuercomputer 112 gesteuert wird. Obwohl in 7 vier derartige Abgriffe und zugeordnete computergesteuerte Kondensatoren gezeigt sind, versteht es sich, daß das System 100 beliebig viele Abgriffe/Kondensatoren aufweisen kann, deren Zweck im Folgenden vollständig beschrieben wird. Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform ist ein erster Abgriff der Sekundärspule 104 mit einer Anode einer Diode 122 verbunden, deren Kathode mit einem Ende eines Schalters 124 und einem Ende eines Kondensators C1 verbunden ist. Die anderen Enden des Schalters 124 und des Kondensators C1 sind mit dem Ende 104b der Spule 104 verbunden. Ein Ausgang OUT2 des Steuercomputers 112 ist über einen Signalweg 126 so mit einem Schaltersteuereingang des Schalters 124 verbunden, daß der Steuercomputer 112 das Öffnen und Schließen des Schalters 124 über OUT2 steuern kann. Ein zweiter Abgriff auf die Sekundärspule 104 ist mit einer Anode einer Diode 128 verbunden, deren Kathode mit einem Ende eines Schalters 130 und einem Ende eines Kondensators C2 verbunden ist. Die anderen Enden des Schalters 130 und des Kondensators C2 sind mit dem Ende 104b der Spule 104 verbunden. Ein Ausgang OUT3 des Steuercomputers 112 ist über einen Signalweg 132 so mit einem Schaltersteuereingang des Schalters 130 verbunden, daß der Steuercomputer 112 das Öffnen und Schließen des Schalters 130 über OUT3 steuern kann. Ein dritter Abgriff der Sekundärspule 104 ist mit einer Anode einer Diode 134 verbunden, deren Kathode mit einem Ende eines Schalters 136 und einem Ende eines Kondensators C3 verbunden ist. Die anderen Enden des Schalters 136 und des Kondensators C3 sind mit dem Ende 104b der Spule 104 verbunden. Ein Ausgang OUT4 des Steuercomputers 112 ist über einen Signalweg 138 so mit einem Schaltersteuereingang des Schalters 136 verbunden, daß der Steuercomputer das Öffnen und Schließen des Schalters 136 über OUT4 steuern kann. Ein vierter Abgriff der Sekundärspule 104 ist mit einer Anode einer Diode 140 verbunden, deren Kathode mit einem Ende eines Schalters 142 und einem Ende eines Kondensators C4 verbunden ist. Die anderen Enden des Schalters 142 und des Kondensators C4 sind mit dem Ende 104b der Spule 104 verbunden. Ein Ausgang OUT5 des Steuercomputers 112 ist über einen Signalweg 144 so mit einem Schaltersteuereingang des Schalters 142 verbunden, daß der Steuercomputer 112 das Öffnen und Schließen des Schalters 142 über OUT5 steuern kann. Die Schalter 124, 130, 136 und 140 können beliebige bekannte elektrisch steuerbare Schalter sein, und bei einer Ausführungsform werden für diese Schalter MOSFET-Transistoren verwendet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Entladestrom durch die Zündkerze 50 so zu steuern, daß die Elektrodenerosion minimiert wird, um dadurch die Lebensdauer der Zündkerze zu maximieren und gleichzeitig die Entzündbarkeit von Kraftstoff bei mageren Luft/Kraftstoff-Gemischen zu maximieren, um so die Kraftstoffverbrennung zu optimieren. Unter Bezugnahme auf 4 wird eine Minimierung der Elektrodenerosion hinsichtlich der Zündkerze 50 als ein Minimieren der Erosion der Elektrodenoberflächen 66a, 66b und 68a aufgrund einer Stromleitung zwischen den Elektroden 66 und 68 definiert. Diese Oberflächen definieren die Abmessungen des Zündspalts 65 und jede Erosion dersel ben verursacht eine Änderung dieser Abmessungen, die dementsprechend die Motorleistung und die Lebensdauer der Zündkerze beeinflußt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das energiegesteuerte Zündsystem 100 den Zündkerzenentladestrom für die Lichtbögen 36a und 36b minimieren, wobei auch ein ausreichender Entladestrom aufrechterhalten wird, um ein gleichmäßiges Wegbewegen des Lichtbogens nach oben zu der durch Lichtbogen 36 angegebenen Position zu ermöglichen. Sobald der Lichtbogen zwischen der Oberfläche 66c der Elektrode 66 und der Oberfläche 68b der Elektrode 68 positioniert ist, kann das energiegesteuerte Zündsystem 100 gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung den Zündkerzenentladestrom auf einen Pegel erhöhen, der eine optimale Entzündbarkeit des Luft/Kraftstoff-Gemisches ermöglicht. Da die Oberflächen 66c und 68b der Elektroden 66 und 68 nicht unmittelbar eine der Begrenzungen des Zündspalts 65 definieren, ist eine leichte Erosion der Oberflächen 66c und 68b aufgrund der Erhöhung des Entladestroms tolerierbar und wird im allgemeinen keine verminderte Motorleistung oder eine verringerte Lebensdauer der Zündkerze verursachen. Das energiegesteuerte Zündsystem 100 ermöglicht eine derartige Entladestromsteuerung, wobei Einzelheiten derselben nun unter Berücksichtigung der 7 und 8 beschrieben werden.
Insbesondere bezugnehmend auf 8 stellt die grafische Darstellung 150 eine Entladestromwellenform dar, die von einem bekannten, oben beschriebenen induktiven Entladezündsystem erzeugt wird. Im Experiment wurde festgestellt, daß der Spitzenentladestrom zwischen den Zündkerzenelektroden, der bei einer Durchschlagsspannung V_BD eine Ionisation des Zündspalts 65 verursacht, im allgemeinen keine bedeutsame Elektrodenerosion verursacht, wenn dessen Dauer kurz ist (z.B. in der Größenordnung von Bruchteilen von Nanosekunden). Mit anderen Worten, eine Beschädigung der Elektrodenoberflächen 66a und 68b wird minimiert, wenn die Dauer des Spitzenentladestroms kurz ist. Des weiteren wurde im Experiment festgestellt, daß der Entladestrom anschließend so gesteuert werden muß, daß er innerhalb einer ungefähren Zeitdauer T1 nach dem Beginn des Zündvorgangs unter einem ersten Entladestromgrenzwert I1 liegen muß, um eine vom Entladestrom induzierte Elektrodenerosion zu minimieren. Zum Zeitpunkt T1 muß der Entladestrompegel jedoch über einem minimalen Stromgrenzwert I2 (der kleiner als I1 ist) liegen, um unter dem Einfluß des Magnetfelds ein nachfolgendes gleichmäßiges Wegbewegen des Lichtbogens zu ermöglichen. Bei einer Ausführungsform der Zündkerze 50 ist I1 = 150 mA, I2 = 100 mA und T1 = 1 μs, auch wenn die vorliegende Erfindung in Abhängigkeit des Typs und der Konfiguration der Zündkerze und des entsprechenden Zündspaltes andere Werte zuläßt.
Erfindungsgemäß kann das System 100 das Abklingen des Entladestroms nach der Spaltionisation so steuern, daß der gewünschte Strompegel zwischen I1 und I2 zum Zeitpunkt T1 erreicht wird, wie in der Entladestromwellenform 152 von 8 dargestellt ist. Bei einer Ausführungsform stellt der Steuercomputer 112 eine derartige Steuerung durch Einstellen des variablen Widerstandes 118 zur Verfügung, um dadurch die Abklingrate des Entladestrom zu steuern. Wie oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde, vergrößert sich die Stromdichte des Entladestroms bei ansteigendem Zylinderdruck, wobei der Zylinderdruck mit der Motorlast ansteigt. Wenn sich die Motorlast ändert, ist es somit wünschenswert, den Entladestrompegel entsprechend zu steuern, um die Entladestromdichte unterhalb eines Pegels zu halten, der übermäßige Elektrodenoberflächentemperaturen verursacht, und gleichzeitig die Entladestromdichte oberhalb eines Pegels zu halten, der ein gleichmäßiges Wegbewegen des Lichtbogens ermöglicht. So steuert der Steuercomputer 112 basierend auf aktuellen Motorlastzuständen den Entladestrompegel nach einer Spaltionisation, um dadurch die Elektrodenerosionsrate zu minimieren und zugleich für alle Motorlastzustände ein gleichmäßiges Wegbewegen des Lichtbogens zu ermöglichen. Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform stellt der Steuercomputer vorzugsweise eine derartige Steuerung zur Verfügung, indem zuerst, vorzugsweise durch Bestimmen eines Zylinderdrucks basierend auf V_BD während einer Spaltionisation, eine Motorlast bestimmt, der Zylinderdruck auf eine gewünschte Größe des variablen Widerstands 118 abgebildet und der variable Wider stand 118 über den Ausgang OUT1 auf die gewünschte Größe eingestellt wird. Fachleute auf dem Gebiet werden jedoch erkennen, daß andere Verfahren verwendet werden können, um eine Maschinenlast mit einem Entladestrompegel in Relation zu setzen, und daß derartige Verfahren verwendet werden können, um die Größe des Entladestroms auf einen gewünschten Wert oder Wertebereich innerhalb eines Zeitintervalls nach dem Beginn der Zündung einzustellen, ohne dabei den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugnehmend auf 9 wird nun eine Ausführungsform eines Flußdiagramms 160 zum Steuern eines Entladestrompegels für ein einer Spaltionisation folgendes Zeitintervall gemäß einem der vorstehend beschriebenen Verfahren gezeigt. Der Algorithmus 160 kann von dem Steuercomputer 112 vorzugsweise mehrfach pro Sekunde ausgeführt werden. Der Algorithmus 160 beginnt mit dem Schritt 162, wobei der Steuercomputer 112 im Schritt 164 bei einer Spaltionisation die Durchschlagsspannung V_BD bestimmen kann. Vorzugsweise führt der Steuercomputer 112 den Schritt 164 aus, indem die von dem Sensor 110 seinem Eingang IN1 zugeführte Zündspannungswellenform verarbeitet und V_BD gemäß bekannter Verfahren daraus bestimmt wird. Danach kann der Steuercomputer 112 im Schritt 166 basierend auf V_BD einen Zylinderdruck bestimmen. Wie auf dem Gebiet bekannt ist, ist der Zylinderdruck proportional zu der Motorlast, wobei der Zylinderdruck über das Paschen'sche Gesetz mit V_BD in Beziehung steht: VBD = K1·(Spalt)·(Druck)/ln(K2·Spalt·Druck) (1)wobei K₁ und K₂ Konstanten, Spalt die Breite des Zündspalts 76 (3) und Druck der Zylinderdruck ist. Der Computer 112 berechnet vorzugsweise basierend auf der Gleichung (1) den Zylinderdruck im Schritt 166.
Danach bestimmt der Steuercomputer 112 im Schritt 168 basierend auf dem im Schritt 166 bestimmten Zylinderdruckwert eine gewünschte Widerstandsgröße. 10 veranschaulicht ein bevorzugtes Verfahren, um einen Zylinderdruck mit einem gewünschten Widerstandswert in Relation zu setzen, wobei ein Widerstand 174 über den Zylinderdruck aufgetragen ist und wobei Motorlastindikatoren gezeigt sind, die zugeordneten Zylinderdruckwerten entsprechen. Bei Zuständen ohne Last oder im Leerlauf ist die gewünschte Widerstandsgröße somit hoch, und der gewünschte Widerstandswert sinkt, vorzugsweise gemäß einer gewählten Funktion, mit steigender Motorlast. Das Verhältnis zwischen gewünschten Widerstandsgrößen und Zylinderdruckwerten wird vorzugsweise in dem Speicherbereich 146 des Steuercomputers 112 gespeichert und kann darin als Gleichung (entweder kontinuierlich oder stückweise kontinuierlich), als, wie in 10 gezeigt, Grafik oder grafische Darstellung oder als Nachschlagtabelle wiedergegeben werden. In jedem Fall bildet der Steuercomputer 112 im Schritt 168 einen aktuellen Zylinderdruckwert auf eine gewünschte Widerstandsgröße ab. Danach stellt der Steuercomputer 112 im Schritt 170 die Größe des variablen Widerstands 118 auf die gewünschte Widerstandsgröße ein, wobei eine oder mehrere bekannte Verfahren verwendet werden, von denen einige oben beschrieben wurden. Die Ausführung des Algorithmus setzt sich ausgehend vom Schritt 170 im Schritt 172 fort, wo die Ausführung des Algorithmus an dessen aufrufendes Programm zurückgegeben wird oder alternativ zur kontinuierlichen Ausführung des Algorithmus 160 zum Schritt 164 zurückgeschleift wird.
Es sollte nun ersichtlich sein, daß das System 100 gemäß einem seiner Aspekte nach einer Spaltionisation Strom von der Zündkerze 50 abziehen kann, um dadurch den Entladestrom so zu steuern, daß er basierend auf Motorlastzuständen, Spaltanordnung und Spaltbreite in einem gewünschten Bereich von Entladestromwerten liegt.
Erneut bezugnehmend auf 7 und 8 kann das System 100 des weiteren den Entladestrom in kontrollierter Weise auf einen Strompegel erhöhen, der zum Zünden Luft/Kraftstoff-Gemisches geeignet ist, nachdem der Lichtbogen die Position erreicht hat, die durch den Lichtbogen 36c in 4 angezeigt ist. Wie oben beschrieben, ist eine geringe Erosion der Oberflächen 66c und 68b zulässig, da diese Oberflächen keine der Begrenzungen des Zündspalts 65 bilden. Wenn sich der Zündzeitpunkt des Luft/Kraftstoff-Gemisches nähert, erhöht deshalb vorzugsweise der Steuercomputer 112 den Entladestrom auf einen Strompegel, bei dem ein optimales Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches erfolgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erhöht das System 100 den Entladestrom kontrolliert, indem es die Stellungen der verschiedenen Schalter 124, 130, 136 und 140 sequentiell steuert.
Zu Beginn des Zündvorganges wird das Steuersignal der Primärspule 102 zugeführt, die eine entsprechende Spannung in der Sekundärspule 104 induziert, und der Strom durch die Spule 104 steigt in bekannter Weise rasch an, bis eine Spaltionisation auftritt, nach der der Entladestrom wie oben beschrieben kontrolliert verringert wird. Wenn der Spaltionisationsvorgang auftritt, sind vorzugsweise alle Schalter 124, 130, 136 und 140 offen, wodurch jeder der Kondensatoren C1-C4 aufgeladen wird. Der Steuercomputer 112 kann jeden der Schalter 124, 130, 136 und 140 in vorbestimmten Zeitintervallen nach dem Beginn des Zündvorganges steuern, wobei die Aktivierung des Steuersignals den Beginn jedes Zündvorgangs kennzeichnet und der Steuercomputer 112 auf das über den Eingang IN2 ihm zugeführte Steuersignal anspricht, um eine entsprechende Zeitmarke zu erstellen. Bei einer Ausführungsform der Zündkerze 50 und einem entsprechenden Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) wurde festgestellt, daß der Lichtbogen des Entladestroms die an 36c von 4 angegebene Position ungefähr 2 Millisekunden nach dem Beginn des Zündvorganges erreicht und der eigentliche Luft/Kraftstoff-Zündvorgang 3 bis 4 Millisekunden nach dem Beginn des Zündvorgangs auftritt. Dementsprechend kann der Steuercomputer 112 den Entladestrom durch Steuern der Schalter 124, 130, 136 und 140 kontrolliert erhöhen, so daß der Entladestrom auf einen Pegel gebracht wird, bei dem ein optimales Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches 3 bis 4 Millisekunden nach dem Beginn des Zündvorganges auftritt.
Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform schließt der Steuercomputer 112 vorzugsweise die Schalter 124, 130, 136 und 140 sequentiell, um dadurch die in jedem Kondensator gespeicherte Spannung entsprechenden Windungsbereichen der Sekundärspule 104 aufzuprägen, wodurch Hilfsströme (wiedergegeben durch die Linien 154a, 154b, 154c und 154d in 8) dem Entladestrom sequentiell hinzugefügt werden. Wie in 8 dargestellt, schließt der Steuercomputer 112 den Schalter 124 kurz vor Ablauf von 1 Millisekunde nach dem Beginn des Zündvorganges, den Schalter 130 kurz nach Ablauf 1 Millisekunde nach dem Beginn des Zündvorganges, den Schalter 136 kurz vor Ablauf von 2 Millisekunden nach dem Beginn des Zündvorganges, und den Schalter 140 kurz nach Ablauf von 2 Millisekunden nach dem Beginn des Zündvorganges. Die daraus resultierende Wirkung ist, daß der Entladestrom 152 3 bis 4 Millisekunden nach dem Beginn des Zündvorganges, was dem tatsächlichen Zündzeitpunkt des Luft/Kraftstoff-Gemisches entspricht, auf ungefähr 170 mA ansteigt. Es versteht sich, daß die vorhergehende Beschreibung nur eine spezielle Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erhöhen des Entladestroms veranschaulicht und daß der gewünschte Zündentladestrom in jedem dem Beginn des Zündvorgangs folgenden Zeitintervall und unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Kondensator/Schalter-Kombinationen erzeugt werden kann. Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, daß die Anzahl der verwendeten Kondensator/Schalter-Kombinationen von der gewünschten Form der Entladestromwellenform 152 vorgegeben wird, die zu einem Zünden des Luft/Kraftstoff Gemisches führt.
Bezugnehmend auf 11 wird nun eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen energiegesteuerten Zündsystems 200 gezeigt. Das System 200 ist in vielerlei Hinsicht mit dem System 100 aus 7 identisch und dementsprechend werden ähnliche Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Ein nicht gleiches Element des Systems 200 ist eine Zündspule mit einer Primärspule 202, die in bekannter Weise mit einer Sekundärspule 204 induktiv verbunden ist. Ein Ende der Primärspule 202 ist mit einem Kondensator C, mit einem Ende einer Spannungsquelle V und einem Ende der Sekundärspule 204 verbunden und empfängt ein Steuersignal zum Aktivieren des Systems 200. Das entgegengesetzte Ende des Kondensators C ist mit einem Ende eines Schalters 206 und einem Ende eines Widerstands R verbunden. Das entgegengesetzte Ende des Widerstands R ist mit einem entgegengesetzten Ende der Spannungsquelle V und das entgegengesetzte Ende des Schalters 206 mit der Anode einer Diode D1 verbunden, deren Kathode mit einem entgegengesetzten Ende der Primärspule 202 und einem Ende eines zweiten Schalters 210 verbunden ist. Ein Steuereingang zu dem Schalter 206 ist über einen Signalweg 208 mit einem Ausgang OUT2 des Steuercomputers 112 verbunden. Das entgegengesetzte Ende des Schalters 210 ist mit einer Masse, einem Ende der Zündkerze 50 und einem variablen Widerstand 118 verbunden. Ein Steuereingang zu dem Schalter 210 ist über einen Signalweg 212 mit einem Ausgang OUT3 des Steuercomputers 112 verbunden. Ein Ende 204a der Sekundärspule 204 ist mit einem Spannungssensor 110 und einer Kathode einer zweiten Diode D2 verbunden, deren Anode mit entgegengesetzten Enden der Zündkerze 50 und des variablen Widerstands 180 verbunden ist. Der restliche, in 11 dargestellte Aufbau entspricht gleich bezifferten, unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Komponenten.
Während des Betriebs spricht der Steuercomputer 112 auf das seinem Eingang IN1 zugeführte Steuersignal an, um den Schalter 210 zu schließen, wodurch der Spulenschaltkreis geschlossen und ein Anstieg des Zündkerzenentladestroms 220, wie in 12 dargestellt, verursacht wird. Vorzugsweise steuert das System 200 den Abfall des Entladestroms nach einer Spaltionisation, wie oben beschrieben, so, daß der Entladestrompegel zum Zeitpunkt T1 nach dem Beginn des Zündvorganges zwischen I1 und I2 liegt. Danach fällt der Entladestrom 220 weiter bis zu einem 1 bis 2 Millisekunden nach dem Beginn des Zündvorgangs liegenden Zeitpunkt ab, zu dem der Steuercomputer 112 dann den Schalter 206 schließen kann, wodurch die Spannung des Kondensators C, der zuvor von der Spannungsquelle V auf eine geeignete Spannung aufgeladen wurde, der Primärspule 202 aufgeprägt wird. Dies induziert einen Zusatz- oder Hilfsstrom in der Sekundärspule 204, wobei, wie unter 222 in 12 angegeben, ein ungefähr sinusförmiger Anstieg des Entladestroms 220 verursacht wird. Somit kann das System 200 in einem gewünschten Zeitbereich nach Beginn des Zündvorgangs den Entladestrom auf einen geeigneten Pegel zum Zünden Luft/Kraftstoff-Gemisches erhöhen. Anders als das System 100 stellt das System 200 diese Funktion zur Verfügung, indem es eine Zusatrspannung in erster Linie der Primärspule 202 und nicht, wie bei dem System 100, der Sekundärspule 204 kontrolliert aufprägt. Beide Systeme erzeugen die erwarteten Ergebnisse, auch wenn das System 200 weniger kompliziert ist, da es keine Hochspannungskondensatoren (die typischerweise für die Kondensatoren C1-C4 des Systems 100 erforderlich wären) benötigt, und keine Mehrzahl von Abgriffstellen für die Sekundärspule 204 erfordert. Es versteht sich, daß die vorhergehende Beschreibung nur eine weitere spezielle Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erhöhen des Entladestroms darstellt und daß der gewünschte Zündentladestrom in jedem dem Beginn des Zündvorgangs folgenden Zeitintervall und unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Kondensator/Schalter-Kombinationen zur Verfügung gestellt werden kann. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß die Anzahl der verwendeten Kondensator/Schalter-Kombinationen von der gewünschten Form der Entladestromwellenform 220 vorgegeben wird, die zu einem Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches führt.
Obwohl die Endung in den vorhergehenden Zeichnungen und der Beschreibung detailliert veranschaulicht und beschrieben wurde, sind diese als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten, wobei es sich versteht, daß nur eine bevorzugte Ausführungsform derselben gezeigt und beschrieben wurde und daß alle Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Erfindungsgedankens liegen, geschützt werden sollen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier beispielsweise als Verfahren zum Steuern des Entladestroms einer Zündkerze mit einem divergierenden Spalt, die Einrichtungen zum magnetischen Wegbewegen des Lichtbogens über den divergierenden Spalt aufweist, beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, daß die hier beschriebenen Konzepte anwendbar sind, um auch die Form des Entladestroms in Zündsystemen mit herkömmlichen Zündkerzen zu steuern, und daß eine Steuerung eines derartigen Systems in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen soll.

Claims

Energiegesteuertes Zündsystem für einen Verbrennungsmotor, mit: – einer Zündkerze (50) mit ersten und zweiten Elektroden (66, 68), die einen dazwischenliegenden Zündspalt (78) definieren, – einer Zündspule, die mit den ersten und zweiten Elektroden (66, 68) der Zündkerze (50) verbunden ist, wobei die Zündspule auf ein Steuersignal anspricht, um einen Entladestrom über dem Zündspalt (78) zu erzeugen, und – einem Widerstand (118), der über dem Zündspalt (78) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (118) derart dimensioniert ist, dass der Entladestrom in einem ersten vordefinierten Zeitintervall nach der Erzeugung des Steuersignals auf einen Wert unterhalb eines ersten Grenzstrompegels begrenzt ist und über einem zweiten Grenzstrompegel gehalten wird, der kleiner als der erste Grenzstrompegel ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspule eine mit einer Sekundärspule (104, 204) gekoppelte Primärspule (102, 202) aufweist, die auf das Steuersignal anspricht, um in der Sekundärspule (104, 204) eine Zündspannung zu induzieren, wobei die Sekundärspule (104, 204) auf die Zündspannung anspricht, um den Entladestrom zu erzeugen.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zum Detektieren der Zündspannung und zum Erzeugen eines entsprechenden Zündspannungsignals vorhanden sind.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der Widerstand (118) ein variabler Widerstand ist, und – Einrichtungen vorhanden sind, die auf das Zündspannungssignal ansprechen, um den Widerstandswert des variablen Widerstands (118) so einzustellen, dass der Entladestrom als Funktion des Zündspannungssignals unterhalb des ersten Grenzstrompegels gehalten wird.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Zündspannungssignal ansprechenden Ein richtungen den Widerstandswert des variablen Widerstands so einstellen, dass der Entladestrom oberhalb eines zweiten Grenzstrompegels gehalten wird, der kleiner als der erste Grenzstrompegel ist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorhanden sind, um den Entladestrom in einem zweiten vordefinierten Zeitintervall nach der Erzeugung des Steuersignals auf einen Wert oberhalb des zweiten Grenzstrompegels zu erhöhen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (50) sich in eine Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors erstreckt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche und Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Steuercomputer (112), der auf das Zündspannungssignal anspricht, um ein zweites Steuersignal zu erzeugen, wodurch der Widerstandswert des variablen Widerstands (118) als Funktion des Zündspannungssignals eingestellt wird.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuercomputer (112) auf das Zündspannungssignal anspricht, um eine Durchschlagsspannung (V_BD) zu ermitteln, bei der eine Ionisation des Zündspalts (78) auftritt, wobei der Steuercomputer (112) basierend auf der Durchschlagsspannung (V_BD) eine gewünschte Größe des variablen Widerstands (118) ermittelt und das zweite Steuersignal dementsprechend erzeugt.
System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (50) sich in einen Verbrennungszylinder eines Verbrennungsmotors erstreckt.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuercomputer (112) Einrichtungen aufweist, um aus der Durchschlagsspannung (V_BD) einen entsprechenden Druck in dem Verbrennungszylinder zu bestimmen.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuercomputer (112) Einrichtungen aufweist, um aus dem entsprechenden Druck in dem Verbrennungszylinder die gewünschte Widerstandsgröße zu ermitteln.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspule auf eine Steuerspannung anspricht, um über dem Zündspalt (78) einen ersten Entladestrom zu erzeugen, und dass das System Einrichtungen zum Erzeugen einer Hilfsspannung unabhängig von der Steuerspannung zumindest in einem Teil der Zündspule umfasst, wobei die Zündspule auf die Hilfsspannung anspricht, um über dem Zündspalt (78) einen zweiten Entladestrom zu erzeugen, der den ersten Entladestrom unterstützt.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die Sekundärspule (104, 204) eine mit der ersten Elektrode (66) verbundene Hochspannungsseite und eine mit der zweiten Elektrode (66) verbundene Niederspannungsseite aufweist, und – die Einrichtungen zum Erzeugen einer Hilfsspannung aufweisen: – einen ersten Kondensator (C1) mit einem zwischen den Hoch- und Niedrigspannungsseiten der Sekundärspule (104, 204) verbundenen Ende und einem mit einer der ersten und zweiten Elektroden (66, 68) verbundenen entgegengesetzten Ende, und – Einrichtungen zum kontrollierten Entladen des ersten Kondensators (C1), um dadurch die Hilfsspannung in einem Teil der Sekundärspule (104, 204) zu erzeugen.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum kontrollierten Entladen des ersten Kondensators (C1) aufweisen: – einen ersten Schalter (124), der über dem ersten Kondensator (C1) angeschlossen ist und einen Schaltereingang aufweist, der auf ein Schaltersignal zum Aktivieren des Schalters (124) anspricht, und – einen Steuercomputer (112), der auf die Steuerspannung anspricht, um das Schaltsignal innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls nach einer Aktivierung der Steuerspannung zu erzeugen.
System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass – die Einrichtungen zum Erzeugen einer Hilfsspannung eine Anzahl Kondensatoren (C2, C3, C4) aufweisen, die jeweils an unterschiedlichen Stellen mit der Sekundär spule (104, 204) zwischen deren Hoch- und Niederspannungsseiten angeschlossen sind, und – die Einrichtungen zum kontrollierten Entladen des ersten Kondensators (C1) jeden der Anzahl Kondensatoren (C2, C3, C4) sequentiell entladen können, um den zweiten Entladestrom auf einen vordefinierten Stromwert sequentiell zu erhöhen.
System nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Erzeugen einer Hilfsspannung aufweisen: – einen über der Primärspule (102, 202) angeschlossenen Kondensator (C), und – Einrichtungen zum kontrollierten Entladen des Kondensators (C), um die Hilfsspannung über der Primärspule (102, 202) zu erzeugen, die auf die Zusatzspannung anspricht, um eine entsprechende Hilfszündspannung in der Sekundärspule (104, 204) zu induzieren, wobei die Sekundärspule (104, 204) auf die Zusatzzündspannung anspricht, um den zweiten Entladestrom zu erzeugen.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum kontrollierten Entladen des ersten Kondensators (C1) aufweisen: – einen Schalter (206), der zwischen einem Ende des ersten Kondensators (C1) und der Primärspule (102, 202) angeordnet ist, wobei der Schalter (206) einen auf ein Schaltersignal zum Aktivieren des Schalters (206) ansprechenden Schaltereingang aufweist, und – einen Steuercomputer (112), der auf die Steuerspannung anspricht, um in einem vordefinierten Zeitintervall nach einer Aktivierung der Steuerspannung das Schaltersignal zu erzeugen.