Die Verwendung von aus dem gemessenen Ionenstromverlauf extrahierten Merkmalen zur Überwachung und Steuerung des Verbrennungsablaufes an Brennkraftmaschinen, z. B. an Ottomotoren, wird seit langem betrieben. Die Erkennung von Verbrennungsaussetzern, die Klopfdetektion oder die Verbrennungslageregelung sind Beispiele hierfur.

Erfolgt die Ionenstrommessung an einer Brennkraftmaschine über die Elektrodenstrecke einer Zündkerze, ist das Meßfenster eingeschränkt. Die Einschränkung resultiert daraus, daß während des Zündvorganges infolge des überlagerten Funkenstroms kein Ionisationsstrom meßbar ist.

Verfahren und Vorrichtungen zur Ionenstrommessung in Verbindung mit Zündsystemen bei Brennkraftmaschinen sind aus der DE 196 49 278 und der DE 197 00179 bekannt. Wegen des überlagerten Funkenstroms ist das während des Zündvorganges resultierende Meßsignal für die Extraktion von Verbrennungsinformation ungeeignet. Zur Vermeidung von Fehlklassifikationen (z. B. bei der Aussetzererkennung) wird

das Ionenstrom-Signal bei den meisten bekannten Systemen nur innerhalb von Meßfensterbereichen ausgewertet, die explizit den Zündungsvorgang nicht beinhalten, weil sie außerhalb der Zeit-oder Winkelbereiche liegen, in denen der Zündfunken brennt.

Für die Positionierung von Meßfenstern gibt es zwei bekannte Methoden, die z. B. in der Europäischen Patentschrift EP 0 188 180 B1 beschrieben sind : Positionierung des Meßfensters bezüglich eines festgelegten Kurbelwinkelbereichs, der mit einer bestimmten Kolbenbewegung des betrachteten Zylinders übereinstimmt.

Positionierung des MeSfensters bezüglich des Zündzeitpunktes, wobei noch eine Verzögerung um eine applizierbare Zeitspanne stattfindet, um die Funkendauer und den Ausschwingvorgang zu berücksichtigen.

Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß die Meßfensterpositionierung rein gesteuert stattfindet. Die Funkendauer variiert in Abhangigkeit von physikalischen und motorischen Eigenschaften. Dies erfordert bei beiden Methoden zur Positionierung des Meßfensterbeginns eine aufwendige Applikation, die Betriebsparameter wie Drehzahl, Last, Gemischaufbereitung u. w. berücksichtigen muß.

Aufgrund der Steuerung der Meßfensterpositionierung muß die Applikation im Sinne einer"worst case Abschätzung" erfolgen. Mit anderen Worten : Der Meßfensterbeginn wird sehr spat gelegt, um ein Abklingen der Zundungseinflusse in jedem Fall sicherzustellen.

Eine"worst case Applikation"läuft jedoch den Anforderungen einer Ionenstrommessung entgegen, da ein möglichst früher Meßfensterbeginn anzustreben ist. Dies gilt im besonderen Maße fur Betriebspunkte mit wenig Last und hoher Drehzahl, bzw. bei Motoren mit hoher Strömungsgeschwindigkeit der Gase im Zylinder, beispielsweise bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung, bei denen eine gezielte

Ladungsbewegung durch Klappen oder Ventile zur Einstellung einer bestimmten inhomogenen Gemischverteilung im Zylinder erfolgt.

Vorteile der Erfindung Kern der Erfindung ist die meßtechnische Erfassung der tatsächlichen Funkendauer und Verwendung dieser Information zur Positionierung des Meßfensters. Dieses Vorgehen bietet den Vorteil, daß sämtliche motorischen und physikalischen Einflußfaktoren auf die Funkendauer bei der Applikation für die Meßfensterpositionierung nicht berucksichtigt werden müssen.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung in Verbindung mit einem Zündsystem mit Zündübertrager z. B.

Wechselstromzündung nach DE 197 00 179 oder einer Kondensatorzündanlage oder einer induktiven Transistorzündung oder einer induktiven Spulenzündung oder einer induktiven Spulenzündung mit begrenzter Funkendauer, wie sie in der DE 196 49 278 A1 beschrieben wird, verwenden.

Das Zündsystem für einen Verbrennungsmotor nach der letztgenannten Schrift ist mit einer Meßeinrichtung für Ionenstrom an der masseseitigen Sekundärwicklung kombiniert, wobei jeder Zündkerze ein Zündübertrager zugeordnet ist.

Erindungsgemäß wird das Funkenende zu erfasst und in Abhangigkeit des Funkenendes das Meßfenster für das Ionenstromsignal geöffnet. Besonders vorteilhaft zur Trennung von Zündfunkenstromeinflüssen und eigentlichem Ionenstromsignal ist eine Erfassung des Funkenstromes und des Ionenstromes in getrennten Stromzweigen.

Zur Verringerung des apparativen Aufwandes ist aber auch Erfassung des Funkenstromes und des Ionenstromes im gleichen Stromzweig moglich. Bei letzterem Ausführungsbeispiel erfolgt die Unterscheidung zwischen Ionenstrom und Funkenstrom anhand eines Schwellwertes zur Erkennung des Funkenendes. Bei Systemen mit alternierendem Funkenstrom ist es vorteilhaft, daß das Signal eine Gleichrichtung und eine

Tiefpaßfilterung erfahrt, bevor es mit der Funkenendeerkennungsschwelle verglichen wird. Vorteilhaft ist es ferner, ein Meßfenster für den Ionenstrom erst nach einer applizierbaren und vom Zündsystem abhängigen Verzugszeit bezüglich des erkannten Funkenendes zu öffnen.

Diese Verzugszeit ist im wesentlichen systembedingt. Sie ist im Vergleich zu der Funkendauer nur geringen statistischen Schwankungen unterworfen. Somit gewährleistet das erfindungsgemäße Vorgehen stets einen maximal fruhen Meßfensterbeginn. Die Umschaltung einer Verstärkerstufe nach Funkenende bewirkt vorteilhafterweise, daß wieder der volle Signalhub für die Ionenstrommessung zur Verfügung steht.

Die Zeitdauer, in der das Signal die Schwelle für die Funkenstromerkennung überschreitet, erlaubt einen Ruckschluß auf Fehler im Zündsystem. Bei induktiven Zündsystemen wird vorteilhafterweise die Information der Funkenbrenndauer dazu verwendet, die Zündenergie adaptiv dem tatsachlichen Bedarf anzupassen. Zur Verringerung des schaltungstechnischen Aufwandes ist es vorteilhaft, mehrere Zundspulen am masseseitigen Ende der Sekundarwicklung zusammenzufuhren.

Benötigt wird das Verfahren bei Zundsystemen, deren Funkendauer nicht exakt festliegt. Dies ist hauptsachlich bei der induktiven Zündung der Fall. Aber auch bei Zündsystemen, deren Funkendauer variiert werden kann, kann die Information über das tatsächliche Funkenende interessant sein, da die notwendige Information vor Ort gebildet wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Dabei werden für die meßtechnische Erfassung des Funkenstroms im folgenden zwei Realisierungen vorgestellt, die eine Funkenendeerkennung ermoglichen. Die Erklärung erfolgt anhand der Figuren 1 bis 3.

Fig. 1 zeigt ein induktives Zündsystem mit einer Auswertung in zwei Stromzweigen. In Figur 2 ist ein Beispiel für den Verlauf eines Ionenstromsignals Si, dargestellt. Fig. 3

offenbart ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Auswertung in einem Stromzweig erfolgt.

Die Anzahl der Stromzweige, in denen Ionenstrom und Funkenstrom gemessen werden, dient als Unterscheidungsmerkmal für die unterschiedlichen Systeme.

Existiert nur ein Stromzweig, wird der Ionenstrom und Funkenstrom am selben Ort gemessen. Existieren zwei Stromzweige dann können Ionenstrom und Funkenstrom getrennt voneinander in jeweils einem Stromzweig gemessen werden.

Als Ausführungsbeispiel mit mehreren Stromzweigen wird ein induktives Zündsystem 5, wie in Figur 1 dargestellt, betrachtet. Wie bei herkömmlichen induktiven Zündsystemen wird zunachst der Transistor T1 durch das Steursignal S1 von der Motor-Steuereinheit 1 niederohmig geschaltet. Das magnetische Feld baut sich in der Primarspule Ll auf und lädt so die Zündspule ZS1 mit Energie. Wird der Transistor T1 hochohmig geschaltet, wird der Stromfluß in der Primärseite der Zündspule Li unterbrochen. Das Feld treibt jedoch weiterhin einen Strom in der Primärseite und der Sekundärseite, welcher zum Spannungsangebot auf der Primarseite und der Sekundärseite entsprechend dem Übersetzungsverhältnis der Zündspule ZS1 führt. Ist die Zündspannung erreicht, spring ein Zündfunke in der Zündkerze ZK1 uber. Es kommt zum Fluß des Funkenstroms il über : Masse, R1, D1, ZS1 und ZK1, zuruck zur Masse.

Die Ionenstrommessung findet beispielhaft in der Ionenstrom- Meßeinrichtung 3 statt. Bei der Vorrichtung mit getrennten Stromzweigen entsteht an V1 bei positiver Stromrichtung nach dem Stromrichtungspfeil il ein negatives Potential. Dieses Potential wird von der Funkenstrom-Meßeinrichtung 4 vorzugsweise so eingestellt, daß die Grenzen der Spannungsversorgung der Funkenende-Erkennungseinheit 2 nicht überschritten werden. Da die Zenerdiode D2 die Spannung über R1 entsprechend limitiert, kann diese Forderung leicht eingehalten werden. Bei negativen Funkenströmen, entgegen der Stromrichtung il, arbeitet das Verfahren entsprechend

bezüglich der positiven Spannungsversorgung der Funkenende- Erkennungseinheit 2.

Wird das Funkenende von der Funkenende-Erkennungseinheit 2 daran erkannt, daß der Spannungspegel V1 von einem Potential nahe der positiven oder negativen Spannungsversorgung zurück gegen Masse geht, wird diese Information (Funkenende) auf der Signalleitung S2 weiter gegeben.

Der zweite Stromzweig Masse, Um, Rm, L2, ZK1 zuruck nach Masse dient zur Messung des Ionenstromes gemessen in Stromrichtung i2.

Möchte man den Aufwand der getrennten Stromzweige nicht haben, dann kann man den Funkenstrom aus dem Ionenstromsignal selbst mit einer Vorrichtung mit nur einem Stromzweig ableiten.

In Figur 2 ist ein Beispiel für dieses Signal Ionenstromsignal Sil dargestellt. Hier ist die Richtung des Funkenstroms (positiv oder negativ) nicht von entscheidender Bedeutung. In Figur 2 ist entsprechend Figur 1 positive Stromrichtung dargestellt. Das Signal Sil wird an Rm abgegriffen. Dies bedeutet, daß in Figur 1 die Funkenstrom- Meßeinrichtung 4 entfallen kann. D1 wird direkt an Masse angeschlossen. Siehe Figur 3. Nun wird auf demselben Stromzweig Ionenstrom und Funkenstrom gemessen.

Wahrend des Funkens wird die Ionenstrom-Meßeinrichtung 3 durch den Funkenstrom starker ausgesteuert, als dies bei Ionenströmen der Fall ist. Dieser Sachverhalt wird benutzt um die Funkendauer zu messen. Das Signal wird von der Funkenende-Erkennungseinheit 2 mit einem Schwellwert Th1 verglichen, fällt das Signal unter den Schwellwert Thi, dann ist der Funken zu Ende.

Man muß jedoch gewahrleisten, daß die Signalverläufe der lonenströme immer unter der Erkennungsschwelle Th1 bleiben.

Dies ist durch entsprechende Wahl der Verstarkung des Funkenstroms bzw. des Ionenstromes i2 zu gewåhrleisten.

Ein Nachteil dieser Methode ist, daß die Auflösung fur das Ionenstromsignal etwas zuruckgeht, da sich nun das Ionenstromsignal und das Signal für den Funkenstrom den maximalen Auswertespannungsbereich teilen mussen.

Meßfensterbildung Nach Funkenende wird anhand des Signals S2 der Meßfensteranfang erzeugt. Aufgrund von Schwingungen im Zündsystem ist es vorteilhaft, eine Verzugszeit abzuwarten, in der sich das Zündsystem beruhigt, so daß die Messung nicht gestört wird. Diese Zeit ist an das verwendete Zündsystem anzupassen.

Das Meßfenster wird in Winkel-oder Zeitabhängigkeit bzw. in Abhängigkeit vom Schließ-oder Zündzeitpunkt wieder geschlossen.

Weitere Anwendungen : Die Information über die Funkendauer läßt sich außer zur Meßfensterpositionierung auch noch für weitere Anwendungen vorteilhaft einsetzen : Beispiel Energieregelung : Die Funkendauer, d. h. die Zeit während der Durchbruchs-und Glimmphase des Zundfunkens, ist maßgeblich für den Entstehungsfortschritt des Flammenkerns und damit für die Verbrennungsqualität verantwortlich. Zur Gewährleistung einer sicheren Entflammung ist die Bereitstellung einer Mindest-Funkendauer notwendig. Auf der anderen Seite fuhrt eine zu lange Funkendauer zu einem unnötig hohen Energieverlust sowie zu einer Verringerung der Kerzenstandzeit.

Mit den vorgestellten Verfahren zur meßtechnischen Erfassung der Funkendauer ist es einfach möglich die (mittlere) Funkendauer durch Variation der Schließwinkeldauer (Energieregelung) auf einen gewunschten Wert einzustellen.

Beispiel Zündspulendiagnose und Zündaussetzererkennung : Das Vorhandensein einer (Mindest-) Funkendauer gibt unmittelbar Aufschluß dauber, daß die Zündspulenspannung die Funkendurchbruchsspannung überschritten hat und ein Zundfunken abgesetzt wurde. Z. B. bei defekter Zündspule (z. B. Wicklungskurzschluß) erreicht die Sekundarspannung

nicht den Funkenspannungsbedarf und es kommt zu keinem Funkenüberschlag. Somit eignet sich der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfaßte Funkenstrom für eine Zündaussetzererkennung oder eine Diagnose der Zündspule.