DE69413641T2 - Methode zur Lasterkennung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Kraftfahrzeugzündungssystem für eine Brennkraftmaschine. Die vorliegende Erfindung betrifft im besonderen einen Spule-an- Kerze-Zündtransformator, der gemäß einem Algorithmus gezündet werden kann, um verschiedene Motordiagnoseverfahren auszuführen. Das zündkerzenmontierte Zündungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet somit als Rückkopplungselement des Motorsteuerungssystems.
• Für die Einleitung der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff- Gemischs in einer Brennkraftmaschine erzeugt ein Funkenzündungssystem zum richtigen Zeitpunkt während des Motorbetriebzykluses einen hohen Spannungsbogen über den Zündkerzenelektroden. Der Einsatz des Bogens über dem Zündkerzen-Elektrodenabstand wird zeitlich so gesteuert, daß er bei einer vorbestimmten Gradstellung der Kurbelwellenrotation eintritt, und zwar normalerweise bevor der Kolben den oberen Totpunkt (OT) erreicht.
• Wenn die Funkenzündung entsprechend eingestellt worden ist, bewirkt der durch die Zündkerzenwirkung eingeleitete Verbrennungsprozeß die Entstehung eines Druckanstiegs in der Verbrennungskammer, der seinen Höhepunkt während dem Arbeitshub des Kolbens kurz nach dem oberen Totpunkt erreicht. Wenn der Funken zu spät während dem Arbeitszyklus eingeleitet wird (verzögerte Einstellung), wird der in der Verbrennungskammer entwickelte Druck durch den Motor nicht ausreichend in Arbeit umgewandelt. Wenn der Funken andererseits zu früh in dem Arbeitszyklus eingeleitet wird (voreilige Einstellung), kann dies zu außerordentlich hohen und möglicherweise Schäden verursachenden Druckwerten und Temperaturen führen. Die in Verbindung mit einer zu frühen Einstellung vorgesehenen Anstiege der Temperatur und des Druckes werden durch den Motor ebenfalls nicht ausreichend in nützliche Arbeitsleistung umgewandelt.
• Eine übermäßige Vorverstellung kann auch zu dem Eintreten verschiedener andersartiger Phänomene in der Verbrennungskammer führen. Bei einem solchen Phänomen handelt es sich um die Selbstzündung von Endgasen, und ein weiteres Phänomen stellt die Vorzündung dar.
• Die Selbstzündung ist ein Zustand, bei dem die Endgase (der unverbrannte Teil des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das ursprünglich durch die Bewegung der Flammenfront gezündet worden ist) als Folge der zu hoch ansteigenden Zylindertemperatur sowie des zu hohen Ansteigens des Drucks in bezug auf in dem Motor verbrannten Kraftstoff von selbst explodieren. Als Reaktion auf die plötzliche Freisetzung von Energie steigt die Zylindertemperatur drastisch an und der Zylinderdruck schwankt, wobei er wechselweise ansteigt und abfällt, wobei eine Druckwelle vor und zurück durch die Verbrennungskammer verläuft. Bei einer Verursachung durch Selbstzündung der Endgase treten die schnellen Druck- und Temperaturschwankungen nach dem oberen Totpunkt auf. Wenn die Frequenz, mit der die Energie durch die Selbstzündung freigesetzt wird, ausreichend hoch ist, bewirken die explodierenden Gase eine Vibration der Zylinderwände, was zu hörbaren Motorgeräuschen führt, zu denen das charakteristische Geräusch gehört, das als "Klingeln" bekannt ist.
• Viele Motorentwickler glauben, daß ein geringes Ausmaß der Selbstzündung wünschenswert ist, da dadurch Turbulenzen in der Verbrennungskammer erzeugt werden, die den Verbrennungsprozeß zu einem kritischen Zeitpunkt beschleunigen, wenn der normale Flammenkern gerade im Begriff ist gelöscht zu werden. Es konnte ferner festgestellt werden, daß die geringfügige Selbstzündung die Menge des unverbrannten Kohlenwasserstoffs verringert, der nach Beendigung des durch einen Funken ausgelösten Zündprozesses verbleibt. Durch die Verwendung der freigesetzten Energie bei der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe während der schwachen Selbstzündung können niedrigere Kohlenwasserstoffemissionen sowie ein geringerer Kraftstoffverbrauch erreicht werden.
• Unter anderem auf Grund der vorstehend genannten Vorteile versuchen Motorenentwickler häufig Zündsysteme derart zu kalibrieren, daß die Vorzündung sich nahe an der Grenze zu der Selbstzündung befindet. Eine übermäßige Selbstzündung muß jedoch verhindert werden, da diese zu höheren Verbrennungskammertemperaturen führt und das Gegenteil des Gewünschten bewirkt. Diese erhöhten Temperaturen können die Zündkerzenelektroden in der Tat auf eine Temperatur erwärmen, bei der sie den Verbrennungsprozeß unabhängig von dem Vorhandensein eines Funkens einleiten. Bei diesem Phänomen handelt es sich um eine Vorzündung.
• Die Vorzündung, die erhebliche Motorschäden verursachen kann, wie etwa eine Perforation des Kolbens, ist durch das Auftreten außerordentlich hoher Zylindertemperaturen und Druckwerte in der Nähe des oberen Totpunkts gekennzeichnet. Das der Vorzündung zugeordnete hörbare Geräusch, wird durch die Wirkung der Selbstzündung erzeugt und wird im Extremfall als "Klopfen" bezeichnet. Allgemein kann hiermit festgestellt werden, daß die Selbstzündung zu einer Vorzündung führt, und daß die Vorzündung in der Folge eine erneute Selbstzündung zur Folge hat.
• Die Zündungseinstellungsgrenze, welche die Selbstzündung erzeugt, wird durch eine Reihe von Faktoren beeinflußt. Zu einigen dieser Faktoren zählen die Temperatur der Einlaßluft, die Motordrehzahl, die Motorlast, das Luft-Kraftstoff- Verhältnis und die Kraftstoffbeschaffenheit. Auf Grund der Tatsache, daß die präzise Steuerung der Zündungseinstellung einen bedeutenden Beitrag zu der Motorleistung liefert, wurden eine Vielzahl von Motorsteuerungssystemen entwickelt. Diese Steuerungssysteme verwenden kennzeichnenderweise ein geschlossenes Zündungseinstellungs-Steuerungssysteme auf der Basis eines Mikroprozessors, das gleichzeitig über Meßwandler eine Reihe von Parametern mißt, wie zum Beispiel die Abgaszusammensetzung, die Kühlmitteltemperatur und das Auftreten von Zündungsklopfen. Die resultierenden Daten werden anschließend verarbeitet, um die Motoreinstellung nahe an einer vorhergesehenen Selbstzündungsgrenze vorzusehen.
• Bei den normalerweise in Motorsteuerungssystemen eingesetzten Klopfdetektoren handelt es sich um piezoelektrische Meßwandler, welche die durch das Zündungsklopfen erzeugten starken Vibrationen erfassen. Beim Einsatz in der Umgebung einer Brennkraftmaschine können diese Meßwandler allerdings unter Umständen nicht ausreichend selektiv sein, um die durch einsetzende Selbstzündung erzeugte geringe Vibration von dem normalen Ausmaß der Motorvibration zu unterscheiden. Aus diesem Grund sind diese Sensoren kennzeichnenderweise nicht in der Lage, die Grenze zur Selbstzündung zu erfassen, wobei dies speziell für hohe Motordrehzahlen gilt. Somit ist ein Motorsteuerungssystem erforderlich, das eine einsetzende Selbstzündung erfassen kann und das in einem geschlossenen System eine präzisere Zündungseinstellung ermöglicht.
• Andere Merkmale, die in Zündungssystemen auftreten, und die nicht wünschenswert sind, umfassen unter anderem: eine übermäßige Abnutzung der Zündkerzenelektrode; die Unfähigkeit zur Zündung verrußter Zündkerzen; ein schlechtes Anlaßverhalten bei Kälte; schlechte Abgasemissionswerte beim Kaltstart und Warmlaufen des Motors; die entfernte Erzeugung hoher Spannungen in dem Motorraum durch das Zündsystem; das Leiten und Verteilen hoher Spannungen über beachtliche Längen des Zünddrahtes; sowie die Erzeugung hoher elektromagnetischer Strahlungen in und um das Zündsystem sowie das Fahrzeug herum während dem Betrieb des Motors.
• Dem Stand der Technik entsprechende Techniken in bezug auf Spannungsüberschläge und Druckveränderungen in Zündsystemen werden in US-A-4.135.154, DE-A-41 16 642 und US-A-4.846.129 offenbart. In US-A-4.135.154 wird offenbart, daß eine Druckveränderung in einem Verbrennungszylinder durch die Hülle einer Entladungsspannungswelle über dem Zündkerzenabstand erfaßt werden kann. In DE-A-41 16 642 wird ein Stromkreis offenbart, der mit der Primärwicklung des Transformators gekoppelt ist, um ein Profil der Spannung an der Primärwicklung zu gewinnen, während die mit einem Zündkerzenabstand gekoppelte Sekundärwicklung geladen und entladen wird. In US-A-4.846.129 wird offenbart, daß durch die Erregung einer Zündkerze nach dem oberen Totpunkt des Kolbens das Vorhandensein einer Endgasselbstzündung erfaßt werden kann. Da sich der Zustand der erforderlichen Schwellenspannung für die Erzeugung einer Funkenentladung in der Zündkerze beim Auftreten einer Selbstzündung im Vergleich zu einer normalen Verbrennung ändert, sieht die Erfassung eines Zündkerzenüberschlags während der Erregung ein Mittel zur Erfassung des Auftretens einer Selbstzündung vor.
• Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Last in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, wobei das genannte Verfahren das Laden eines Zündtransformators auf eine Zündladung mit einer vorbestimmten Zündspannung umfaßt, und wobei eine Zündentladung zwischen Elektroden einer Zündkerze, die sich in dem genannten Verbrennungszylinder befindet, an einer vorbestimmten Gradstellung der Motorumdrehung vor dem oberen Totpunkt des Kolbens eingeleitet wird, wobei der genannte Zündtransformator während dem gleichen Verbrennungshub geladen wird, um eine Diagnoseladung zu erzeugen, die zu einer Diagnosespannung führt, wobei die genannte Diagnosespannung den genannten Elektroden der genannten Zündkerze an einer vorbestimmten Gradstellung der Motorumdrehung zugeführt wird, wobei die genannte Diagnosespannung an den genannten Elektroden der genannten Zündkerze in einer induktiven Stromentladung entladen wird, die im Verhältnis zu einer Überschlagspannung der Entladung der genannten Diagnosespannung steht, wobei die Dauer der genannten induktiven Stromentladung an den genannten Elektroden der genannten Zündkerze gemessen wird, wobei die Dauer der genannten induktiven Stromentladung ins Verhältnis zu dem Druck in dem Verbrennungszylinder zum Zeitpunkt der genannten induktiven Stromentladung gesetzt wird, und wobei der genannte Druck in dem Verbrennungszylinder zum Zeitpunkt der genannten induktiven Stromentladung ins Verhältnis zu der Motorlast gesetzt wird, wobei die genannte Zündkerze bei der Bestimmung der Motorlast als Rückkopplungselement eingesetzt wird.
• Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, daß sie verschiedene Probleme beseitigt, welche die Verteilung hoher Spannungen in dem Zündsystem betreffen. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, daß sie das Ausmaß der durch das Zündsystem um den Motor und das Fahrzeug an sich erzeugten elektromagnetischen Strahlung verringert.
• Bei einem weiteren Merkmal handelt es sich um eine Verringerung der Abnutzung der Zündkerzenelektrode sowie um die Fähigkeit, stark verrußte Zündkerzen zu zünden.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung sind die verbesserten Anlaßfähigkeiten bei Kälte einer Brennkraftmaschine sowie die Minimierung der Abgasemissionen, die bei einem Kaltstart und dem Warmlaufen eines Motors auftreten. Ein verwandtes Merkmal ist die Ausdehnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Richtung der mageren Grenze, wodurch die weitere Verringerung der Emissionen unterstützt wird und sich der Kraftstoffverbrauch im normalen Motorbetrieb verbessert.
• Neueste Forschungen, die teilweise von dem Zessionar der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, haben gezeigt, daß die Verbrennung in einer Brennkraftmaschine durch die Einleitung des Verbrennungsprozesses durch einen Funken der Art verbessert werden kann, die als Überschlagentladung bekannt ist. Die Merkmale des Überschlagfunkens unterscheiden sich ziemlich von den Funken, die durch herkömmliche Zündsysteme in Kraftfahrzeugen erzeugt werden, und wobei der Funken auf andere Art und Weise auf unterschiedliche Zustände in der Verbrennungskammer reagiert. Diese Umsetzung hat zu der Entwicklung der vorliegenden Erfindung geführt, zu einem Zündungssteuerungssystem mit Komponenten, welche die Merkmale des Überschlagfunkens derart nutzen können, um die Leistungsfähigkeit verschiedener Motordiagnoseverfahren zu ermöglichen, wobei die Zündkerze unmittelbar als Rückkopplungs- bzw. Rückführungselement des Motorsteuerungssystems verwendet wird.
• Der Zündungsprozeß war dadurch gekennzeichnet, daß er drei unterschiedliche Phasen aufweist; die Überschlagphase, die Bogenphase und die Glühphase. Die erste Phase, die Überschlagphase, ist durch einen hohen Strom (normalerweise 50 - 200 Ampere (A)) gekennzeichnet, der aus der in der Zündkerzenkapazität gespeicherten Energie resultiert (kennzeichnenderweise 10-15 Picofarad (pF)), die sich über den Bogen entlädt. Die Überschlagphase dauert kennzeichnenderweise weniger als etwa eine Nanosekunde (ns). Die zweite Phase, die Bogenphase, tritt ein, wenn der Bogenstrom zwischen 0,1 und 1,0 A liegt, und wenn die Bogenspannung etwa 180 Volt (V) beträgt. Der Entladungsstrom bleibt ungefähr 100 us in der Bogenphase. Die Glühphase tritt ein, wenn der Bogenstrom unter 0,1 Milliampere (mA) sinkt, und wenn die Spannung an den Zündkerzenelektroden auf 500 V ansteigt.
• Es konnte festgestellt werden, daß diese drei Phasen, die Überschlag-, Bogen- und Glühphasen, die Verbrennung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses zuverlässig einleiten, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis entsprechend zwanzig zu eins, achtzehn zu eins und sechzehn zu eins beträgt. Wenn die Überschlagphase ausgenutzt wird, folgt daraus, daß die Magergrenze ausgedehnt werden kann und verschiedene Vorteile realisiert werden können.
• Wie dies bereits vorstehend erwähnt worden ist, sieht die vorliegende Erfindung im Detail ein Zündungs- und Motorsteuerungssystem vor, das nicht nur in der Lage ist, die Zündkerze zu zünden, sondern das auch Diagnosefunktionen ausüben kann. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung führt speziell das Zündungs- und Motorsteuerungssystem im Detail auf. Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Verfahren zur Ausführung verschiedener Diagnoseprozesse genau dargelegt. Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen niederohmigen Zündtransformator, der unmittelbar an der Zündkerze angebracht ist, der beide obengenannten Aspekte ermöglicht. Die niedrige Impedanz des Transformators verstärkt die Fähigkeiten der Mikroprozessoreinheit (MPU) des Motorsteuerungssystems, wodurch es möglich wird, daß die Mikroprozessoreinheit die Verwendung der Zündkerze für die Überwachung einer Reihe von Motorzuständen ermöglicht, wozu eine Fehlzündung, Selbstzündung und die Motorlast gehören.
• Das Zündungs- und Motorsteuerungssytem der vorliegenden Erfindung weist sechs Hauptbestandteile auf, wobei der Motor selbst nicht mitgezählt wird. Bei den Bestandteilen handelt es sich um eine Motorsteuereinheit (mit Eingängen, welche verschiedene Motorparameter überwachen), eine Mikroprozessoreinheit (die so programmiert ist, daß sie auf der Basis der Eingaben in die Motorsteuereinheit verschiedene Routinen ausführt), einen Zündungs- oder Spulensteuerkreis, einen Zündungstransformator, eine Zündkerze und einen Stromentladungs-Erfassungsstromkreis, wobei all diese Bestandteile nachstehend genau beschrieben werden.
• Die Konstruktion des Zündungstransformators sorgt für eine kurze Ladezeit sowie für einen starken Sekundärstrom von kurzer Dauer (ungefähr 0,5 bis 1 A, mit einem Abfall auf Null innerhalb von ungefähr 100 us), wodurch eine beständige Verbrennung eingeleitet wird. Dies wird erreicht, während Energie direkt von der 12-Volt-Stromversorgungseinheit des Fahrzeugs abgeleitet wird, und wobei kein teuerer 12 bis 250- Volt-Gleichstromgleichrichter erforderlich ist.
• Auf Grund der Intensität und der Dauer des Funkens sowie der kurzen Ladezeit des Transformators ermöglicht die vorliegende Transformatorkonfiguration die Beseitigung des Hochspannungsverteilungssystems des Zündsystems, und wobei ferner die schnelle Mehrfachzündung einzelner Zündkerzen durch das Motorsteuerungssystem ermöglicht wird. Früher mußten sich Mehrfachzündungssysteme auf einen festen Rückwärtszähler oder die Eigenresonanz in dem Zündungsstromkreis verlassen, um die Zündung erneut auszulösen. In einem Standard-Zündungssystem beträgt die Ladezeit für die Primärseite und somit die erforderliche Zeit für die erneute Zündung der Zündkerze etwa 3000 us. Im Verhältnis zu der Dauer des Motorarbeitszykluses ist dies verhältnismäßig langsam. Die vorliegende Erfindung ist jedoch für eine Mehrfachzündung auf der Basis von Algorithmen ausgelegt, die in dem Motorsteuerungssystem selbst einprogrammiert sind, und wobei die Zündkerzen in Intervallen von 200 us erneut gezündet werden können.
• Unter den Bedingungen, bei denen eine Zündung erschwert ist, konnte festgestellt werden, daß die Mehrfachzündung der Zündkerze während der Verbrennung für den Verbrennungsprozeß vorteilhaft ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Mehrfachzündung so programmiert, daß sie nur bei Gemischzuständen, die eine Zündung erschweren, eintritt, wie etwa bei leichtem Drosselklappenklopfen, Kaltstarts, im Leerlauf und bei Kombinationen aus geringer Last und niedrigen Drehzahlen. Durch den Verzicht auf Mehrfachzündungen bei anderen Bedingungen verlängert sich die Lebensdauer der Zündungsbestandteile, und speziell der Zündkerzenelektroden.
• Auf Grund der Tatsache, daß die Abnutzung bzw. der Verschleiß der Zündkerzenelektrode direkt proportional zu dem Zeitraum ist, über den der Bogenstrom fließt, kann die Elektrodenabnutzung durch die Zufuhr eines Stroms mit höherer Intensität über einen kürzeren Zeitraum verringert werden. Wenn der zwischen den Zündkerzenelektroden fließende Strom über 100 mA liegt, beträgt die Spannung etwa 180 V, wie dies bereits vorstehend im Text erwähnt worden ist. Unterhalb von 100 mA steigt die Spannung hingegen auf etwa 500 V. Bei einer Beschleunigung durch ein Differential von 500 V durchdringen die zwischen den Zündkerzenelektroden ausgetauschten und geladenen Teilchen die Elektrodenoberfläche stärker als bei einer Beschleunigung durch ein Differential von 180 V.
• Bei einem standardmäßigen Rücklauf-Zündspulensystem werden die Elektronen und die geladenen Teilchen bei dem Differential von 500 V deutlich über 1.500 us angetrieben. Dies führt zu einer signifikanten Elektrodenabnutzung. Bei dem erfindungsgemäßen niederohmigen System ist die Spitzenspannung an den Zündkerzenelektroden hoch, und zwar beträgt sie etwa 22 Kilovolt (kV), allerdings wird sie nur ungefähr 4 us nach dem Abschalten der Transformatorprimärseite erreicht, und insgesamt beträgt die Verweildauer über dem Differential von 500 V kennzeichnenderweise nicht mehr als 20 us. Während die höhere Intensität des Funkens also eine stabilere Verbrennung bewirkt, beschränkt die deutlich kürzere Dauer außerdem die Abnutzung der Zündkerzenelektrode auf ein Mindestmaß. Dies ist deshalb von Vorteil, da es dies möglich macht, den Durchmesser der Zündkerzenelektroden an sich zu verkleinern. Es ist allgemein bekannt, daß Zündkerzenelektroden mit geringerer Größe und Masse das Löschen des anfänglichen Kerns der Verbrennungsgase verringern und eine beständigere Verbrennung erzeugen.
• Die Intensität und die kurze Dauer des Zündkerzenbogenstroms ist in mehreren anderen Belangen von Vorteil. Zu diesen Vorteilen zählen unter anderem: eine beständigere bzw. stabilere Verbrennung; ein geringerer Energieverbrauch durch den Zündungsprozeß; insgesamt weniger Abgasemissionen; eine Erweiterung des Motorbetriebs in Richtung der Magergrenze; eine verlängerte Lebensdauer des Katalysators; eine Verringerung der Bogenstromzeit sowie der Abnutzung der Zündkerzenelektrode; eine verbesserte Zündungsfähigkeit verrußter Zündkerzen; verbesserte Anlaß- und Fahreigenschaften bei Kälte; eine Verringerung der Abgasemissionen bei Kaltstarts; eine Beseitigung der Hochspannungsführung um den Motor; und eine Verringerung der Erzeugung elektromagnetischer Strahlungen in dem Fahrzeug und um das Fahrzeug herum.
• Wie dies bereits vorstehend im Text erwähnt worden ist, kann das erfindungsgemäße System für die Feststellung der Fehlzündung eines Zylinders in dem Motor eingesetzt werden. Nachdem der vollständig geladene Zündungstransformator abgeschaltet worden ist, wobei eine maximale Sekundärspannung an den Zündkerzenelektroden erzeugt wird und der Verbrennungsprozeß eingeleitet wird, während sich die Kurbelwelle und der Verbrennungszyklus weiterhin in der Nähe des oberen Totpunkts befinden, bewirkt die Mikroprozessoreinheit, daß der Zündungstransformator eine vorbestimmte angelegte Spannung an dem Zündkerzenabstand entwickelt. Wenn die Verbrennung bereits eingeleitet worden ist, ermöglicht es die Kombination aus Temperatur und Druck in dem Bereich der Zündkerze, daß die angelegte Spannung über die Elektroden geleitet wird. Wenn der Zylinder eine Fehlzündung aufgewiesen hat, ist die vorbestimmte Höhe der angelegten Spannung an dem Zündkerzenabstand nicht hoch genug, um einen leitenden Zustand der Zündkerzenelektroden zu bewirken. Als Folge des nicht gegebenen Verbrauchs der angelegten Spannung in einer Sekundärstromentladung wird eine negative Spannungsauslenkung zurück in die Primärwicklung geleitet. Der elektronische Schalter der Primärwicklung wird von dem Erfassungsstromkreis und dem Motorsteuerungssystem überwacht, und wenn diese negative Spannungsauswanderung festgestellt wird, zeichnet das System das Auftreten der Fehlzündung auf. Wenn sich die Fehlzündung bei aufeinanderfolgenden Verbrennungszyklen wiederholt, können die Mikroprozessoreinheit und die Motorsteuereinheit so programmiert werden, daß sie den Zylinder abschalten, wodurch verhindert wird, daß unverbrannte Kohlenwasserstoffe in den Abgasemissionen freigesetzt werden, und wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert wird. In einem Versuch zur Begrenzung der Abgasemissionen haben verschiedene Bundesstaaten Gesetze verabschiedet, die eine Abschaltung eines fehlzündenden Zylinders erfordern. Ein derartiges Gesetz tritt in Kalifornien 1996 in Kraft.
• Die vorliegende Erfindung kann ferner für die Feststellung einer Selbstzündung von Endgasen sowie für die Einstellung der Zündungseinstellung auf den Grenzwert der Selbstzündung verwendet werden. Bei einem Einsatz der Zündkerze um festzustellen, ob eine Selbstzündung der Endgase eintritt, sorgt die Mikroprozessoreinheit für einen schnellen Arbeitszyklus des Zündungstransformators auf einer vorbestimmten Spannung. Dies erfolgt an einem Punkt in dem Verbrennungszyklus, an dem das Auftreten eines Klopfzustands erwartet wird (kennzeichnenderweise nach dem oberen Totpunkt). Die Dauer des Arbeitszykluses wird aus einem Algorithmus berechnet, der in der Mikroprozessoreinheit der Motorsteuereinheit gespeichert ist und der dabei eine Funktion verschiedener Motorparameter darstellt, wie etwa der Motorlast, der Motordrehzahl und der Ladungstemperatur.
• Wenn in dem Zylinder zum Zeitpunkt des Arbeitszykluses normale Verbrennungsbedingungen auftreten, wird der von dem Arbeitszyklus resultierende Strom nicht über den Zündkerzenabstand übertragen, vielmehr wird er durch die Primärwicklung als negative Spannungsauslenkung zurück reflektiert. Die negative Auslenkung kann an der hohen Seite des elektronischen Schaltkreises durch den Erfassungsstromkreis und die Motorsteuereinheit wieder erfaßt werden. Wenn eine Selbstzündung auftritt, entsprechen die in dem Zylinder vorhandenen resultierenden Temperatur- und Druckwellen einem oder mehreren der angelegten Arbeitszyklus- Spannungspotentiale, die ein Leiten über den Elektrodenabstand ermöglichen. Folglich haben nicht alle angelegten Spannungen eine entsprechende reflektierte negative Spannungsauslenkung. Durch Überwachung der Primärseite hinsichtlich einer fehlenden negativen Spannungsauslenkung kann die Selbstzündung der Endgase durch die Motorsteuereinheit erkannt und erfaßt werden. Unter Verwendung dieser Informationen bezüglich dem Auftreten oder dem fehlenden Auftreten der Selbstzündung kann die Motorsteuereinheit die Zündeinstellung progressiv stufenweise vorsehen, so daß der Grenzwert der Selbstzündung aufrechterhalten wird.
• Die Einzigartigkeit des vorliegenden Zündungstransformators erleichtert außerdem die Messung der Zündkerzenüberschlagspannung während dem Verbrennungszyklus. Die Größe dieses Parameters (der das Verhältnis zwischen dem Verbrennungsdruck, der Temperatur und der Kraftstoffkonzentration wiedergibt) sieht die eindringungsfreie Anzeige der Motorleistung oder der Motorlast vor. Durch die Ermöglichung der Überwachung der Motorlast sorgt das erfindungsgemäße Zündungs- und Motorsteuerungssystem dafür, daß keine teueren Absolutladedrucksensoren (MAP) erforderlich sind. Es ist bekannt, daß der Zylinderdruck proportional zu der Motorlast ist, so daß die Zündkerzenüberschlagspannung angesichts des Paschens Gesetzes direkt in Korrelation zu der Motorlast gesetzt werden kann. Zu einem "Abfragezeitpunkt" oder an einer Kurbelwinkelstellung ATDC, wenn andere Variablen, wie die Vorzündung und das Luft- Kraftstoff-Verhältnis den Zylinderdruck nicht mehr beeinflussen, wird die Überschlagspannung durch Zünden der Zündkerze und Messen des Zeitraums bestimmt, über den sich der Induktionsstrom des Transformators entlädt. Angesichts der bekannten Merkmale des Transformators wird die Entladezeit danach durch die Motorsteuereinheit in Korrelation zu der Überschlagspannung gesetzt, um den Zylinderdruck und letztendlich die Motorlast zu bestimmen.
• Die obengenannten Merkmale werden alle durch die kurze Lade- und Entladezeit des Zündungstransformators, den Zündungs- und Erfassungsstromkreis und die in die Mikroprozessoreinheit programmierte Steuersoftware und die Motorsteuereinheit ermöglicht. Während der Zeit, die ein herkömmlicher Zündungstransformator für einen einzelnen Lade- und Entladevorgang benötigt, ist der erfindungsgemäße Zündungstransformator in der Lage, die Verbrennung einzuleiten, die Wiederaufladung und die erneute Zündung mehrfach durchzuführen, um die Diagnoseverfahren auszuführen.
• Der erfindungsgemäße Rücklauftransformator, der in dem Zündkerzenschutzrohr des Motors funktionsfähig sein soll, weist eine torische Konfiguration auf, die den Magnetfluß in dem Zylinder beseitigt, der das Zündkerzenschutzrohr definiert. Dadurch ist der vorliegende Zündungstransformator größtenteils unempfindlich hinsichtlich einer Wirbelstromlast, und wobei dies ein Hauptgrund für die geringere Erzeugung elektromagnetischer Strahlung ist.
• Der Zündungstransformator mit beschränktem Durchmesser weist einen zylindrischen Kern auf, dessen Länge veränderlich ist, um die erforderliche Querschnittsfläche in dem Transformatorkern vorzusehen. Der Kern ist in einer dielektrischen Spule positioniert, und die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators sind sowohl um die Spule als auch um den Kern gewickelt. Der umwickelte Kern und die Spule werden danach in einem Gehäuse positioniert, dessen unteres Ende so konfiguriert ist, daß es den hohen Anschluß der Zündkerze aufnimmt. Die Zündkerze selbst kann eine Standardkonfiguration aufweisen oder derart modifiziert sein, daß sie es ermöglicht, daß in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung kleinere Elektroden verwendet werden können.
• Die Elektronik des Zündungs- und Motorsteuerungssystems wird durch die Motorsteuereinheit gesteuert, welche Eingangssignale von den Nocken- und Kurbelwellen-Geschwindigkeitssensoren sowie das Fahrzeugzündungssignal überwacht. Diese Eingaben ermöglichen es der Motorsteuereinheit und der Mikroprozessoreinheit, die Motordrehzahl und die Position zu berechnen. Als Folge dieser Berechnungen berechnet die Mikroprozessoreinheit zum entsprechenden Zeitpunkt auf der Basis der programmierten Algorithmen Ausgangssignale und übermittelt diese zu den Spulensteuerkreisen, die den Zündungstransformator laden und auslösen. Die Mikroprozessoreinheit verwendet einen Erfassungsstromkreis für die Überwachung des Verbrennungszylinders sowie für die Bestimmung der Motorlast und/oder ob ein Zustand des Klopfens oder der Fehlzündung gegeben ist. Abhängig von den bestehenden Bedingungen alarmiert oder signalisiert die Mikroprozessoreinheit andere(n) Stromkreise oder Module des Motors, so daß diese entsprechende Maßnahmen einleiten können. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele und den anhängigen Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung der allgemeinen Bestandteile eines Zündungs- und Motorsteuerungssystems, das die Grundsätze der vorliegenden Erfindung aufweist;
• Fig. 2 eine Perspektivansicht im teilweisen Aufriß, wobei der erfindungsgemäße Zündungstransformator an der Position an der Zündkerze einer Brennkraftmaschine dargestellt ist;
• Fig. 3 eine Längsschnittansicht eines Teilstücks eines Zündungstransformators, der die Grundsätze der vorliegenden Erfindung aufweist;
• Fig. 4 eine Perspektivansicht des Kerns, der Spule, der Primär- und Sekundärwicklungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden;
• Fig. 5 eine Draufsicht von oben des Kerns, der Spule, der Primär- und Sekundärwicklungen aus Fig. 4;
• Fig. 6 eine Perspektivansicht des Transformatorkerns;
• Fig. 7 eine Längsschnittansicht eines zweiten Zündungstransformators, der die Grundsätze der vorliegenden Erfindung aufweist;
• die Fig. 8(a) und (b) graphische Darstellungen des primären Ladestroms und der sekundären Entladespannung im Verhältnis zur Zeit;
• die Fig. 9(a) bis (d) graphische Darstellungen des Drucks und der Temperatur an der Zündkerze bei normaler Verbrennung sowie bei einer Fehlzündung, wobei ferner die angelegten Spannungen und die reflektierten Spannungen dargestellt sind, die in dem Transformator in den beiden Fällen auftreten;
• die Fig. 10(a) bis (c) graphische Darstellungen des Drucks und der Temperatur in dem Zylinder während der normalen Verbrennung sowie der angelegten und reflektierten Spannungen in dem Zündungstransformator während der Klopferfassung;
• die Fig. 11(a) bis (c) graphische Darstellungen des Drucks und der Temperatur in dem Zylinder während der Selbstzündung der Endgase sowie der angelegten und reflektierten Spannungen in dem Zündungstransformator;
• Fig. 12 eine graphische Darstellung des Zylinderdrucks im Verhältnis zu der Kurbelwinkelstellung für verschiedene Motorlasten;
• Fig. 13 eine graphische Darstellung der Überschlagspannung im Verhältnis zu der Induktionsstromentladezeit; und
• Fig. 14 eine schematische Darstellung der Spulensteuerkreise, des Zündungstransformators und der Erfassungsstromkreise, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
• In bezug auf die Zeichnungen ist in der Abbildung aus Fig. 1 ein Zündungs- und Motorsteuerungssystem dargestellt, das die Grundsätze der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei das System mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet ist. Das System weist eine Motorsteuereinheit 22 und eine Mikroprozessoreinheit 24 auf, welche die meiste Zeit eine Hauptprogrammschleife ausführt, die verschiedene Motorfunktionen ausführt, die bezüglich der Motorsteuerung verhältnismäßig unkritisch sind. Die Frequenz, mit der diese Funktionen wiederholt werden müssen, ist im Vergleich zu dem Motorzyklus selbst verhältnismäßig langsam. Dies bedeutet allgemein, daß diese "unkritischen" Funktionen asynchron zu den Vorgängen der Motorverbrennung ausgeführt werden können.
• Die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung müssen jedoch genau mit dem Motorzyklus synchronisiert werden. Zu diesem Zweck sind die Motorsteuereinheit 22 und die Mikroprozessoreinheit 24 so programmiert, daß sie Unterbrechungen verwalten, die durch Steuerungsaufnehmer oder Geschwindigkeitssensoren 26 ausgelöst werden, die an dem Motor 28 im Verhältnis zu einem Schwungrad 30 an der Kurbelwelle und/oder einer Riemenscheibe 32 an der Nockenwelle angebracht sind. Die durch die Steuerungsaufnehmer 26 erzeugten Unterbrechungen laden ein Steuerungselement der Mikroprozessoreinheit 24, die Echtzeit- Steuersignale für die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen und die Zündspulensteuerelemente zu dem richtigen Zeitpunkt und über die entsprechende Dauer während dem Verbrennungszyklus erzeugt. Die Motorsteuereinheit 22 ist auch mit verschiedenen anderen Motorparametern gekoppelt, zu denen das Fahrzeugzündungssignal gehört.
• Unter Verwendung der Ergebnisse der obengenannten Berechnungen gibt die Mikroprozessoreinheit 24 zum richtigen Zeitpunkt Ausgangssignale über einen Zündungs- oder Spulensteuerkreis 34 ab, die bewirken, daß eine Zündspule oder ein Transformator 36 beginnen, sich direkt aus der 12-Volt-Stromversorgungseinheit des Fahrzeugs zu laden. Der Zündungstransformator 36, der unmittelbar an einer Zündkerze 38 ist, wird geladen, bis dessen Kern gesättigt ist. Bei der entsprechenden Gradstellung des Motors vor dem oberen Totpunkt (BTDC) sorgt die Mikroprozessoreinheit 24 dann dafür, daß sich ein schnellaufender Schalttransistor des Spulensteuerkreises 34 öffnet, wobei der Strom in der Primärwicklung des Transformators abgeschaltet wird. Wenn die Bedingungen in dem Motorzylinder in Ordnung sind, entlädt sich die Sekundärkapazität des Transformators 36 in einen Hochspannungsstrom über dem Zündkerzenabstand 38, und die Verbrennung wird eingeleitet. Nachdem die Zündung des Zündungstransformators festgelegt worden ist durchläuft die Mikroprozessoreinheit 24 eine Reihe programmierter Algorithmen, die dazu dienen, eine Mehrfachzündung der Zündkerze zu bewirken oder verschiedene Motordiagnoseverfahren auszuführen. Wenn Diagnoseverfahren ausgeübt werden, verwendet die Mikroprozessoreinheit 24 die Erfassungsstromkreisanordnung 40, wie dies später im Text beschrieben wird.
• Bei dem erfindungsgemäßen Zündungstransformator 36 handelt es sich um eine sehr niederohmige Vorrichtung, die konstruktionsbedingt eine signifikante Sekundärspannung (etwa 25 kV) erzeugen kann, die ihre Spitze innerhalb von ungefähr 2-4 us erreicht, und die innerhalb von etwa 100 us auf Null abfällt. Die Tatsache, daß der Transformator 36 über die 12- Volt-Stromversorgungseinheit des Fahrzeugs seinen eigenen Kern innerhalb von etwa 100 us vollständig lädt und sättigt, bedeutet, daß der Transformator 36 in der Lage ist, in Intervallen von 200 us erneut gezündet zu werden.
• Früher mußten für die Erzeugung von Signalen für den wiederholten Betrieb des Spulensteuerkreises 34 oder für die Mehrfachzündung eines Zündungstransformators und einer Zündkerze in Intervallen von 200 us durch die Motorsteuereinheit 22 und die Mikroprozessoreinheit 24 für jede erneute Zündung der Zündkerze zahlreiche Synchronisierungsunterbrechungen vorgesehen werden. Dies führt jedoch zu einer übermäßigen Unterbrechungsladung der Mikroprozessoreinheit 24 und erzeugt eine beträchtliche Anzahl von Synchronisierungskonflikten. Beim Vorhandensein übermäßiger Unterbrechungen würde das Hauptprogramm der Mikroprozessoreinheit 24 während des Großteils der Ausführungszeit mit hoher Frequenz durchschlagen werden, was zu ineinander geschachtelten Unterbrechungen führen würde. Die Mehrzahl der Synchronisierungskonflikte würde es erforderlich machen, daß die Mikroprozessoreinheit 24 mehr als eine Unterbrechung gleichzeitig bearbeitet, um die erforderlichen Steuersignale zu erzeugen. Die Mikroprozessoreinheit 24 kann zu einem bestimmten Zeitpunkt jedoch immer nur eine Unterbrechung ausführen.
• Bei der vorliegenden Erfindung erhält die Mikroprozessoreinheit 24 die Anweisung von der Motorsteuereinheit 22, Signale an den Spulensteuerkreis 34 zu übermitteln, und zwar gemäß einem speziellen Algorithmus, der in die Mikroprozessoreinheit 24 einprogrammiert ist. Somit müssen aufgrund des kurzen erforderlichen Zeitraums für die erneute Zündung des Transformators 36 nicht mehr mehrere Unterbrechungen bearbeitet werden.
• Das erfindungsgemäße Zündungs- und Motorsteuerungssystem 20 verwendet als Rückkopplungs- bzw. Rückführungselement in dem Motorsteuerungssystem 20 eine speziell konstruierte Zündspule bzw. einen Transformator 36, die bzw. der an der Zündkerze angebracht ist. Zusätzlich zu den Rückkopplungsfunktionen sieht der Zündungstransformator 36 einen intensiven Sekundärstrom mit kurzer Dauer (weniger als 100 us) vor, der die Verbrennung zuverlässig einleitet, selbst wenn die Zündkerze stark verrußt ist, und wodurch die Langlebigkeit der Zündkerze gefördert wird.
• Die Einzigartigkeit des Zündungstransformators 36 sorgt für das eindringungsfreie Anzeigen der Motorleistung, wobei die Messung der Überschlagspannung der Zündkerze erleichtert wird, wobei das Ausmaß dieses Parameters das Verhältnis zwischen dem Verbrennungsdruck, der Temperatur und der Kraftstoffkonzentration anzeigt. Allgemein ist das Verhältnis zwischen dem Druck, der Temperatur und dem Elektrodenabstand durch Paschens Gesetz wie folgt definiert:
• wobei P den Druck bezeichnet; d steht für den
• Elektrodenabstand; T entspricht der Temperatur; und K&sub1; und K&sub2; sind Konstanten.
• Der durch den Zündungstransformator 36 erzeugte Spannungspegel steht zum Zeitpunkt des Ein- bzw. Umschaltens des Zündungstransformators in direktem Verhältnis zu der Höhe des Primärwicklungsstroms, der eine Funktion der Ladezeit darstellt. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Primärstrom, der die maximale Sekundärspannung erzeugt, normalerweise in einer Ladezeit von 100 us erreicht, wenn die an der Primärwicklung anliegende Spannung 12 Volt entspricht. Eine Ladezeit von weniger als 100 us führt somit zu einer nicht maximalen Sekundärspannung. Mit anderen Worten bedeutet dies, je kürzer die Ladezeit, desto niedriger ist die Sekundärspannung des Zündungstransformators 36.
• In den Abbildungen aus den Fig. 2 und 3 ist der an der Zündkerze angebrachte Zündungstransformator 36 der vorliegenden Erfindung allgemein abgebildet. Die Abmessungen des Zündungstransformators 36 sind durch die Konstruktion des Motors 28 an sich vorgegeben. Um eine direkte Anbringung an der Zündkerze 38 zu ermöglichen, muß der Zündungstransformator 36 in den Durchmesser eines Zündkerzenschutzrohrs 412 des Motors 28 passen. Dieses spezielle Konstruktionskriterium unterscheidet sich zwar von Motor zu Motor, jedoch können die Grundsätze der vorliegenden Erfindung über den ganzen Bereich der Durchmesser von Zündkerzenschutzrohren angewandt werden. Die Begrenzung der Länge des Zündkerzentransformators wird durch den Abstand zwischen dem Motor 28 und der Motorhaube des Fahrzeugs (nicht abgebildet) bestimmt. Die Länge des Zündungstransformators 36 kann folglich so angepaßt werden, daß sie der erforderlichen Querschnittsfläche des Kerns genügt, wie dies durch verschiedene andere Transformatorparameter bestimmt wird.
• Der erfindungsgemäße Zündungstransformator 36 weist einen Magnetkern 42 auf, der in einer dielektrischen Spule 99 aufgenommen wird. Wie dies in den Abbildungen aus den Fig. 4 bis 6 wohl am besten ersichtlich ist, ist der Kern 42 im wesentlichen zylindrisch und weist Teilstücke auf, die einen Luftspalt 46 definieren, der sich über die Länge des Kerns 42 erstreckt. Damit ein besonders effizienter Transformator 36 vorgesehen werden kann muß die Remanenz des Kerns einen sehr geringen Anteil seiner maximalen Flußdichte darstellen. Wenn die Magnetisierungskraft (in Amperewindungen ausgedrückt) dem Kern 42 des Transformators 36 durch Abschalten des Primärstroms entzogen wird, sinkt der Restmagnetfluß in dem Kern 42 schnell ab. Die durch den Zusammenfall des Primärstroms in der Sekundärwicklung des Transformators 36 erzeugte Spannung ist direkt proportional zu der Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung und dem Ausmaß der Veränderung des Kernflusses sowie umgekehrt proportional zu der zeitlichen Veränderung in dem Kernfluß. Mathematisch läßt sich dies wie folgt ausdrücken:
• wobei esek der Sekundärspannung entspricht; L steht für die Induktivität der Sekundärwicklung;
• entspricht der zeitlichen Veränderung des Kernflusses; und das negative Vorzeichen (-) zeigt eine Abnahme des Kernflusses an.
• Für eine Übereinstimmung mit den mathematischen Leistungsvoraussetzungen müssen die Herstellungstoleranzen des Kerns 42 so gegeben sein, daß die Querschnittsfläche des Kerns 42 im wesentlichen konstant ist. Die Begrenzung der Gesamtlänge des Transformators 36 und der Länge des Transformatorkerns 42 werden durch den Abstand zwischen dem Motor 28 und der Motorhaube des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Begrenzung der Größe des Innendurchmessers des Kerns durch die zusätzlichen Anforderungen der Maschine bestimmt wird, die den Draht der Primär- und Sekundärwicklungen auf den Kern 42 wickelt. Die physikalischen Begrenzungen des Außendurchmessers des Kerns werden nicht nur durch den Durchmesser des Zündkerzenschutzrohres 91 bestimmt, sondern auch durch die Durchschlagsfestigkeit des Materials, aus dem die Spule 44 hergestellt wird.
• Die Spule 44, die den Kern 42 aufnimmt, weist eine innere zylindrische Muffe 48 und eine äußere zylindrische Muffe 50 auf. Jede der Muffen 48 und 50 weist ferner an einem Ende einen radialen Flansch auf, der sich über die Enden des Kerns 42 erstreckt, um diesen in der Spule 44 einzuschließen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die innere Muffe 48 an ihrem distalen Ende mit einem auswärts gerichteten radialen Flansch 49 versehen, während die äußere Muffe 50 an ihrem proximalen Ende mit einem einwärts gerichteten radialen Flansch 51 versehen ist. Der Außendurchmesser der inneren Muffe 48 und der Innendurchmesser der äußeren Muffe 50 sind so bemessen, daß sich der Kern 42 in Oberflächenberührung mit den inneren und äußeren Muffen 48 und 50 befindet. Vorzugsweise wird die Spule 99 aus einem Material mit hoher Durchschlagsfestigkeit hergestellt, wie etwa aus einem der allgemein bekannten Kunststoffe.
• In den Abbildungen aus den Fig. 3 bis 5 sind die Primär- und Sekundärwicklungen 52 und 54 des vorliegenden Zündungstransformators 36 dargestellt. Die Wicklungen 52 und 54 sind longitudinal um den Kern 42 und die Spule 44 gewickelt, so daß sie sich entlang der Innenoberfläche erstrecken, die durch die innere Muffe der Spule 44 definiert ist, über eines der longitudinalen Enden der Spule 44, entlang der durch die äußere Muffe 50 definierten Außenoberfläche und über das entgegengesetzte longitudinale Ende. Die Effizienz des Transformators 36 wird dadurch erleichtert, daß die Primärwicklung 52 weniger Windungen eines Drahtes mit größerem Durchmesser aufweist als die Sekundärwicklung 54, und daß sie sich unmittelbar über dem in dem Kern 44 definierten Luftspalt 46 an der Spule 44 befindet. Die Sekundärwicklung 54 eines Drahtes mit kleinerem Durchmesser bedeckt im wesentlichen den Rest des Kerns 42 und der Spule 44. Durch die Kombination der Wicklungen 52 und 54 werden der Kern 42 und die Spule 42 mit einer allgemein torischen Form vorgesehen, wie dies aus der Abbildung aus Fig. 4 am besten ersichtlich ist.
• Nach dem die Wicklungen 52 und 54 über der Spule 44 und dem Kern 42 positioniert worden sind, wird der umwickelte Zusammenbau in einer Vertiefung 55 positioniert, die in einem zylindrischen Isoliergehäuse 56 definiert ist. Das innere bzw. das proximale Ende des Gehäuses 56, das allgemein mit der Bezugsziffer 58 bezeichnet ist, ist mit Gewinden 60 versehen, die mit einem Zwischenstück 62 mit ähnlichen Gewinden eingreifen. Das Zwischenstück 62 wird aus einem leitfähigen Metall hergestellt und ist so konfiguriert, daß es einen Eingriff des Zündungstransformators 36 mit der Befestigungsmutter 63 der Zündkerze 38 ermöglicht.
• In dem proximalen Ende 58 des Gehäuses 56 ist durch eine Schraubverbindung ein Zündungsanschluß 64 angebracht, der elektrisch mit dem hohen Anschluß 66 der Zündkerze 38 eingreifen kann. Für die Gewährleistung des Eingriffs zwischen dem Zündungsanschluß 64 des Transformators 36 und dem hohen Anschluß 66 der Zündkerze 38 kann der Zündungsanschluß 64 mit einem vorbelasteten Kontaktelement oder einer Feder 68 versehen sein, die positiv mit dem hohen Anschluß 66 eingreift, und die durch Löten oder andere Verbindungstechniken in einem Sitz 70 des Zündungsanschlusses 64 befestigt wird. Die Vorbelastung des Kontaktelements 68 sorgt nicht nur für die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit dem Zündkerzenanschluß 66, vielmehr wird der Transformator 36 außerdem mit einem Bereich versehen, über den er mit der Zündkerze 38 eingreifen kann.
• Der Transformator 36 ist ferner mit einer ringförmigen Dichtung 72 aus Kautschuk oder einem anderen geeigneten Werkstoff in dem Gehäuse 56 versehen, wobei diese um den hohen Anschluß 66 und das Kontaktelement 68 positioniert ist. Die Dichtung 72 verhindert das Eintreten von Feuchtigkeit und Schmutz zwischen der Zündkerze 38 und dem Zündungstransformator 36 sowie das Verrußen des dazwischen vorgesehenen elektrischen Kontakts.
• Der Zündungsanschluß 64 des Transformators 36 ist über eine Zuleitung 74 mit der hohen Seite 75 der Sekundärwicklung 54 verbunden. Die niedrige Seite 77 der Sekundärwicklung 54 ist über eine zweite Zuleitung 76 mit dem Zwischenstück 62 verbunden, das elektrisch mit der Befestigungsmutter 63 eingreift und die Zündkerze 38 erdet. Die Enden 81 der Primärwicklung 52 sind an dem distalen Ende des Transformators 36 mit den Anschlüssen 82 verbunden, die den Transformator 36 mit dem Zündungsschaltkreis 34 und dem Rest des Motorsteuerungs- und Diagnosesystems 20 verbinden.
• Der Rest der Vertiefung 55, die durch das Gehäuse 56 definiert wird, wird im wesentlichen mit einem geeigneten Dielektrikum gefüllt. Die spezielle Art des dielektrischen Füllmaterials kann durch viele andere Aspekte beeinflußt werden, wobei davon ausgegangen wird, daß verschiedene Werkstoffe verwendet werden können, die zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Bei dem dielektrischen Füllmaterial kann es sich zum Beispiel um einen vorgeformten Feststoff handeln, der in dem Gehäuse angepaßt wird. Bei einem weiteren Material kann es sich um härtbares Dielektrikum handeln, das in das Gehäuse gegossen wird und danach praktisch aushärten kann. Bei einer anderen Möglichkeit handelt es sich um ein flüssiges Dielektrikum, das in das Gehäuse gegossen wird und mit diesem abdichtet. Außerdem wird davon ausgegangen, daß auch Kombinationen aus den obengenannten Werkstoffen verwendet werden können.
• In der Abbildung aus Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators 36 dargestellt, wobei die mit dem vorherigen Ausführungsbeispiel übereinstimmenden Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Vertiefung des Transformators 36 mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt, und ein zentraler Isolierpfosten 83 wird so positioniert, daß er sich im wesentlichen von einer Endabdeckung 84, welche die dielektrische Flüssigkeit in dem Gehäuse 56 abdichtet, durch die Bohrung der Spule 44 erstreckt. Zur weiteren Sicherung der Integrität der Abdichtung zwischen der Endabdeckung 84 und dem Gehäuse 56 kann an dem Eingriff des Gehäuses 56 und dem Zwischenstück 62 zu dem gleichen Zweck ein O-Ring 85 vorgesehen werden. In praktisch jeder anderen Hinsicht entspricht der Transformator 36 aus dem zweiten Ausführungsbeispiel dem Transformator aus dem ersten Ausführungsbeispiel.
• Als veranschaulichendes Beispiel der vorliegenden Erfindung folgt nachstehend die Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Zündungstransformators 36 bei einer Durchmesserbeschränkung des Transformators 36 auf 24 mm. Der Transformator 36 weist einen Kern 42 aus einem Material mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen auf, der kennzeichnenderweise eine Flußveränderung von etwa 14.000 bis 500 Gauß erfährt. Ein derartiges Material, das als METGLAS bekannt ist, wird von der Allied Signal Corporation hergestellt und unter der Bezeichnung Alloy 2605 TCA verkauft. Der Kern 42 besitzt eine Gesamtlänge von etwa 3,15 Inch, einen Außendurchmesser von etwa 0,67 Inch, einen Innendurchmesser von etwa 0,48 Inch sowie einen longitudinalen Luftspalt mit einer Breite von etwa 0,005 Inch. Die Spule 99 wird aus einem Material mit einer Durchschlagsfestigkeit von etwa 680 Volt/Milliinch hergestellt. Bei einem derartigen Material handelt es sich um Polyphenylensulfid, das von der Hoechst Celanese Corporation hergestellt und unter dem Warenzeichen FORTRON vertrieben wird. Die innere und die äußere Muffe 48 und 50 weisen radiale Dicken von entsprechend 0,13 Inch und 0,11 Inch auf. Drei Windungen eines Drahtes #24 sind für die Primärwicklung 52 vorgesehen, und für die Sekundärwicklung 54 sind 210 Windungen des Drahtes #40 vorgesehen. Bei der dielektrischen Flüssigkeit handelt es sich um Transformatoröl. Der resultierende Transformator 36 weist eine Induktivität von etwa 12,6 uH (MikroHenry) auf, und wenn er mit der 12-Volt- Stromversorgungseinheit des Fahrzeugs verbunden wird, entwickelt der Transformator einen maximalen Primärstrom von 50 A in etwa 100 us, und er erzeugt eine sekundäre Spitzenspannung von etwa 25 kV, die innerhalb von etwa 100 us auf Null sinkt.
• Im Einsatz ist die Primärwicklung 52 des Zündungstransformators 36 mit dem Zündungsstromkreis 34 gekoppelt. Genauer ausgedrückt wird die hohe Seite der Primärwicklung 52 mit einem schnellen, Hochstrom- Schalttransistor 101 verbunden, dessen Funktion es ist, den Ladestrom an- und abzuschalten, und zwar als Reaktion auf ein durch die Mikroprozessoreinheit 24 (in dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen 87C51FA 8-Bit-Mikrocontroller von Intel) erzeugtes Signal, wie dies durch den programmieren Algorithmus bestimmt wird. Zum vollständigen Laden des Transformators 36 wird die Primärwicklung 52 über den Spulensteuerungs- und Zündungsstromkreis 34 ungefähr 100 us über die 12-Volt- Stromversorgungseinheit des Fahrzeugs angeschlossen. Am Ende dieses Zeitraums hat der Strom in der Primärwicklung einen Spitzenwert von 50 A erreicht, wobei der Transformatorkern 42 bei diesem Wert gesättigt wird. Nachdem der Strom 86 von 50A durch den schnellen Schalttransistor 101 abrupt abgeschaltet worden ist, wie dies in der Abbildung aus Fig. 8 dargestellt ist, wird in der Sekundärwicklung 54 des Transformators eine Spannung 87 induziert, die nach 2-4 us einen Spitzenwert von ungefähr 25 kV erreicht, der innerhalb von 100 us auf Null sinkt. Die Niederohmigkeit des Zündungstransformators 36 führt dazu, daß die Spannung wirksam zu den Elektroden 82 der Zündkerze 38 übertragen wird. Ebenfalls auf Grund der Niederohmigkeit des Transformators handelt es sich bei der Zeit, die erforderlich ist, um einen Überschlagspannungswert zu erreichen, der die Bildung eines Bogens über den Elektroden 82 bewirkt, um einen Bruchteil einer Mikrosekunde. Bei normalen Motorbetriebsbedingungen leitet die Zündkerze 38 im Bereich von 7 bis 12 kV. Wenn der Primärstrom in dem Transformator 36 durch Verringerung der Ladezeit beschränkt wird, ist auch die maximale Sekundärspannung begrenzt, die erzeugt wird, wenn die Primärwicklung 52 abgeschaltet wird.
• Nachstehend wird bezug auf die Abbildung aus Fig. 9 genommen. Wenn in der Verbrennungskammer des Motors 28 Bedingungen gegeben sind, die bewirken, daß die Zündkerze 38 die in der Kapazitanz der Sekundärwicklung 54 gespeicherte Energie nicht leitet, so kann das erfindungsgemäße System 20 für die Erfassung dieser Fehlzündung des Zylinders verwendet werden. Bei normaler Verbrennung bewirkt die Mikroprozessoreinheit 24, daß der Spulensteuerkreis 34 einen ansteigenden Spulenladestrom in der Primärwicklung 52 des Transformators 36 einleitet. Sobald der Transformator 36 vollständig geladen ist, wird der Strom abgeschaltet, wie dies durch die Bezugsziffer 88 dargestellt ist, und zwar dadurch, daß die Schalttransistoren 101 eine maximale Sekundärspannung erzeugen und die Zündung in der Verbrennungskammer einleitet. Wenn eine normale Verbrennung eingeleitet worden ist, steigen der Druck und die Temperatur an den Zündkerzenelektroden 80 allgemein an, wie dies durch die Kurven 90 und 92 dargestellt ist.
• Um zu bestimmen, ob eine Verbrennung oder eine Fehlzündung eingetreten ist, ist die Mikroprozessoreinheit 24 so programmiert, daß sie dafür sorgt, daß der Zündungstransformator 36 einen Ladestrom 94 einleitet und eine niedrigere, vorbestimmte anliegende Spannung an dem Zündkerzenabstand erzeugt. Dies wird so gesteuert, daß der Eintritt unmittelbar vor dem oberen Totpunkt (BTDC) erfolgt. Bei normaler Verbrennung ist die Kombination aus Druck und Temperatur an den Zündkerzenelektroden 80 ausreichend, um es zu ermöglichen, daß die niedrigere anliegende Spannung über die Elektroden 80 geleitet wird. Als Folge daraus wird die in der Sekundärkapazitanz gespeicherte Energie über die Elektroden entladen und nicht zurück in die Primärwicklung 54 des Transformators 36 reflektiert (siehe Fig. 9 (c)). Bei einer Fehlzündung sind der Druck und die Temperatur an der Elektrode 80 allerdings nicht ausreichend angestiegen, wie dies durch die Kurven 96 und 98 dargestellt ist, um einen leitenden Zustand der niedrigen anliegenden Spannung 94 zu ermöglichen. Daraus folgt, daß die Energie der Sekundärkapazitanz zurück in die Primärwicklung 52 des Transformators 36 reflektiert wird und als negative Spannungsauslenkung 100 erscheint, die an der hohen Seite des Schalttransistors 101 erfaßt werden kann.
• Wie dies in der Abbildung aus Fig. 14 dargestellt ist, weist der Erfassungsstromkreis 40 der vorliegenden Erfindung einen Teilstromkreis 102 zur Erfassung der negativen Spannungsauslenkungen 100 auf. Für jeden Zylinder des Motors 28 weist der Teilstromkreis 102 eine Diode 104 auf, deren Kathode an einer hohen Seite des Schalttransistors 101 angebracht ist. Auf diese Weise kann ein einziger Erfassungs- Teilstromkreis 102 für die Überwachung aller Motorzylinder verwendet werden. Zur besseren Veranschaulichung sind in der Abbildung aus Fig. 14 nur zwei der Transistoren 101 und Dioden 104 dargestellt. Die Dioden 104 leiten jede negative Auslenkung durch den Teilstromkreis 102, wo das Signal konditioniert und zu einer negativen Grenzwert- Vergleichseinrichtung 106 weitergeleitet wird. Die Vergleichseinrichtung 106 gibt ein entsprechendes Signal an die Mikroprozessoreinheit 24 ab, welche das Signal auf der Basis des programmierten Algorithmus verarbeitet und einen fehlzündenden Zylinder bei Bedarf abschaltet.
• Für die Erfassung der Selbstzündung der Endgase (Klopfen) wird der gleiche Grundansatz wie für die Erfassung einer Fehlzündung verwendet. In den Abbildungen aus den Fig. 10 und 11 sind entsprechend ein normaler Verbrennungszyklus und ein Klopfverbrennungszyklus dargestellt. Bei normaler Verbrennung steigt der Druck in dem Zylinder 108 gemäß der Darstellung durch die Kurve 108 bis nach dem oberen Totpunkt nicht wesentlich an. Dies gilt auch für die Temperatur in dem Zylinder, wie dies durch die Kurve 110 dargestellt ist.
• Während einem Klopfverbrennungszyklus verursachen jedoch Taschen explodierender Endgase Druckwellen, die durch die Verbrennungskammer in dem Zylinder vor und zurück verlaufen, in Verbindung mit einem drastischen Anstieg der Zylindertemperatur. Dies setzt kennzeichnenderweise etwa bei 10º nach dem oberen Totpunkt ein. Die Druck- und Temperaturkurven des Klopfverbrennungszykluses sind in der Abbildung aus Fig. 11 entsprechend als die Kurven 112 und 114 dargestellt, wobei die Druckschwankungen mit der Bezugsziffer 116 bezeichnet sind, und wobei der Temperaturanstieg durch die Bezugsziffer 118 bezeichnet ist.
• Während dem Zeitraum, in dem das Klopfen am wahrscheinlichsten eintritt (kennzeichnenderweise etwa bei 10º bis 20º nach dem oberen Totpunkt), betreibt die Mikroprozessoreinheit 24 den Spulensteuerkreis 34 und der Strom 120 verläuft zu dem Transformator 36, um eine Reihe anliegender Spannungen zu erzeugen. Auf Grund der Kombination von Druck 108 und Temperatur 110 während der normalen Verbrennung wird die Höhe der anliegenden Spannung 120 so ausgewählt, daß die Zündkerze 38 bei normaler Verbrennung in der Folge nicht leitet. Dadurch wird eine negative Spannungsauslenkung 122 zurück in die Primärwicklung 52 reflektiert. Wie dies in der Abbildung aus Fig. 10(c) ersichtlich ist, ist bei normalem Verbrennungszyklus für jede anliegende Spannung 120 eine negative Spannungsauslenkung 122 gegeben. Der Teilstromkreis 102 speist diese Information als Eingabe in die Mikroprozessoreinheit 34, wo die Information verarbeitet und zu der Motorsteuereinheit 32 geleitet wird, die diese Information zur Vorverstellung der Zündeinstellung in Richtung des Grenzwertes der Selbstzündung nutzt.
• In einem Verbrennungszyklus mit "Klopfen" (Fig. 11) werden die anliegenden Spannungen 120 erneut erzeugt, wenn erwartet wird, daß die Kombination aus Druckschwankungen 116 und drastischem Temperaturanstieg 118 eintritt. Durch das Anlegen einer Reihe von Spannungen 120 über diesen Zeitraum erhöhen sich die Chancen, daß zumindest eine der angelegten Spannungen 120 einer verringerten Druckschwankung entspricht und es ermöglicht, daß sich die anliegende Spannung 120 in einem Bogen über den Zündkerzenabstand entlädt. Daraus ergibt sich, daß keine entsprechende negative Spannungsauslenkung 122 vorhanden ist. Wenn eine oder mehrere der reflektierten Spannungen 122 als Reaktion auf eine entsprechend angelegte Spannung 120 fehlen, wie dies unter 124 dargestellt ist, erfaßt die Mikroprozessoreinheit 24 diesen Zustand über den Erfassungs-Teilstromkreis 102 und übermittelt die entsprechenden Signale an die Motorsteuereinheit 22, so daß die Zündeinstellung entsprechend stufenweise so verstellt werden kann, daß kein Klopfen auftritt. Durch wechselweise Vorverstellung und Verzögerung der Steuerung des Motors gemäß obiger Beschreibung kann die Motorsteuereinheit 22 die Zündeinstellung an dem Grenzwert zu der Selbstzündung aufrechterhalten.
• Der erfindungsgemäße Zündungstransformator 36 kann auch dafür eingesetzt werden, den Wert der Überschlagspannung für die Bestimmung der Motorlast einzusetzen. Für die zuverlässige Bestimmung der Überschlagspannungshöhe wird das Verhältnis zwischen der Ladeenergie (die für die Ladung der verteilten Kapazität der Sekundärwicklung 54 bis auf den Überschlagspannungswert erforderliche Energie) und der verteilten Energie (die durch den Zündkerzenbogenstrom verteilte Energie) verwendet. Das Verhältnis ist durch die folgende Gleichung gegeben:
• ETs = 1/2*CVBD²+1/2*EIP*t
• wobei VBD der Überschlagspannung an der Zündkerze entspricht; C steht für die distributive Kapazität des Sekundärkreises; E entspricht der Bogenstromspannung an den Elektroden; Ip steht für den Spitzenbogenstrom an den Zündkerzenelektroden 80; t bezeichnet die Bogenstromentladezeit, die sich umgekehrt zu der Überschlagspannung verändert; und ETS steht für die insgesamt verfügbare Energie für den Sekundärkreis. Durch Auflösen obiger Gleichung nach der Überschlagspannung kann die Überschlagspannung als eine Funktion der Zeit ausgedrückt werden, wobei die verbleibenden Parameter alle bekannte Werte darstellen, die von der speziellen Konstruktion des Transformators 36 abhängig sind.
• Nachstehend wird bezug auf die Abbildung aus Fig. 12 genommen. Während der Überwachung der Motorlast wird die Zündkerzenüberschlagspannung zu einem "Abfrage"-Zeitpunkt oder an einer Kurbelwinkelstellung 126 bestimmt, wobei der Effekt anderer Variablen, wie zum Beispiel der Temperatur, des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses und der Vorzündung, keinen Einfluß mehr auf den Zylinderdruck hat. Dieser Zustand tritt am wahrscheinlichsten innerhalb des Bereichs von 20º bis 50º nach dem oberen Totpunkt ein, wobei dies jeweils von dem bestimmten Motor abhängig ist. Der Wert der Überschlagspannung an der Abfrage-Kurbelwinkelstellung 126 ist somit direkt proportional zu dem Zylinderdruck, der wiederum die Motorlast anzeigt. In der Abbildung aus Fig. 12 sind drei Druckkurven dargestellt, die sich auf eine hohe Last 128, eine geringe Last 130 und eine Leerlauflast 132 beziehen.
• An der "Abfrage"-Kurbelwinkelstellung 126 leitet der Spulensteuerkreis 34 einen Strom 134 ein (in Fig. 9), der die Primärwicklung 52 lädt. Bezüglich der dann in dem Zylinder gegebenen Motorlast oder dem Druck beginnt die Entladung der in der Sekundärwicklung 54 gespeicherten Energie bei einer bestimmten Überschlagspannung an dem Zündkerzenabstand, und wobei die Entladung über einen entsprechenden Zeitraum andauert.
• Die direkte Messung der Überschlagspannung ist zwar problematisch, jedoch kann die Messung der Dauer der Induktionsstromentladung sowie die Herstellung eines Verhältnisses dieses Zeitraums zu der Überschlagspannung (siehe Fig. 13) auf einfachere Weise durchgeführt werden. Dies erfolgt durch einen zweiten bzw. einen Lasterfassungs- Teilstromkreis 136 des Erfassungsstromkreises 40. An dieser Stelle wird erneut festgestellt, daß für die Überwachung aller Motorzylinder ein einziger Teilstromkreis 136 verwendet wird.
• Sobald die Zündkerze 38 begonnen hat, den Sekundärstrom zu leiten, erfaßt eine zweite Anordnung von Dioden 138, deren Anoden an der hohen Seite des Schalttransistors 101 angebracht sind, die positive Spannung, die dem sekundären Stromfluß zugeordnet ist, und wobei diese Anordnung die zugeordnete Spannung in den Lasterfassungs-Teilstromkreis 136 des Erfassungsstromkreises 40 speist. Solange der Bogenstrom fließt, ist die Spannung an der hohen Seite des Schalttransistors 101 deutlich höher als die 12-Volt- Stromversorgung des Fahrzeugs. Der Lasterfassungs- Teilstromkreis 136 gibt einen Impuls mit einer Länge an die Mikroprozessoreinheit 24 ab, die der Dauer dieser erhöhten Spannung und der Länge des Zeitraums entspricht, über den sich der induktive Strom entlädt. Die Mikroprozessoreinheit 24 stellt eine Korrelation der induktiven Impulsbreite zu der Überschlagspannung her, die unter Verwendung des Paschens Gesetzes in Korrelation zu dem Druck in dem Zylinder und der Motorlast gebracht werden kann. Die Mikroprozessoreinheit 24 gibt diese Information dann an die Motorsteuereinheit 22 ab, so daß die Zündungseinstellung, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sowie andere Zündungs- und Motorsteuerungsparameter entsprechend modifiziert werden können.
• Die induktive Impulsbreitenmessung beginnt im besonderen am Ende des Zündungsschließwinkels und erfolgt durch Überwachung der Reflektion, die in der Primärwicklung 52 während der Sekundärentladung auftritt. Das reflektierte Signal in der Primärwicklung 52 und ein selbstausrichtendes Bezugssignal, das Schwankungen der Spannung der Stromversorgungseinheit ausgleicht, werden auf bestimmten Werten vorbelastet und gefiltert, um eine genaue Messung der induktiven Phase vorzusehen. Diese Signale werden danach in eine Vergleichseinrichtung 140 gespeist, die den induktiven Strom erfaßt, der sich auf Null oder auf beinahe Null verringert. Sobald der induktive Strom abgeklungen ist, wird ein Signal aus der Vergleichseinrichtung 140 in ein Flip-flop 142 gespeist, das außerdem eine Eingabe empfangen hat, welche das Ende des Zündungsschließwinkels anzeigt. Dadurch kann das Flip-flop 142 ein Signal ausgeben, das der Mikroprozessoreinheit 24 die induktive Impulsbreite anzeigt. Die Mikroprozessoreinheit 23 bewirkt daraufhin eine Korrelation der induktiven Impulsbreite mit der Überschlagspannung, wobei eine Bestimmung des Zylinderdrucks und der Motorlast ermöglicht wird.
• Die obengenannte Beschreibung gilt den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, jedoch wird hiermit festgestellt, daß die Erfindung modifiziert, verändert und abgeändert werden kann, ohne dabei vom Umfang der anhängigen Ansprüche abzuweichen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Bestimmung der Last in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine (28) mit Funkenzündung, wobei das genannte Verfahren das Laden eines Zündtransformators (36) auf eine Zündladung mit einer vorbestimmten Zündspannung umfaßt, und wobei eine Zündentladung zwischen Elektroden einer Zündkerze (38), die sich in dem genannten Verbrennungszylinder befindet, an einer vorbestimmten Gradstellung der Motorumdrehung vor dem oberen Totpunkt des Kolbens eingeleitet wird, wobei der genannte Zündtransformator (36) während dem gleichen Verbrennungshub geladen wird, um eine Diagnoseladung zu erzeugen, die zu einer Diagnosespannung führt, wobei die genannte Diagnosespannung den genannten Elektroden der genannten Zündkerze (38) an einer vorbestimmten Gradstellung der Motorumdrehung zugeführt wird, wobei die genannte Diagnosespannung an den genannten Elektroden der genannten Zündkerze (38) in einer induktiven Stromentladung entladen wird, die im Verhältnis zu einer Überschlagspannung der Entladung der genannten Diagnosespannung steht, wobei die Dauer der genannten induktiven Stromentladung an den genannten Elektroden der genannten Zündkerze (38) gemessen wird, wobei die Dauer der genannten induktiven Stromentladung ins Verhältnis zu dem Druck in dem Verbrennungszylinder zum Zeitpunkt der genannten induktiven Stromentladung gesetzt wird, und wobei der genannte Druck in dem Verbrennungszylinder zum Zeitpunkt der genannten induktiven Stromentladung ins Verhältnis zu der Motorlast gesetzt wird, wobei die genannte Zündkerze (38) bei der Bestimmung der Motorlast als Rückkopplungselement eingesetzt wird.

2. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vorbestimmte Gradstellung der Motorumdrehung während einer Periode des Verbrennungshubs gegeben ist, wenn der Druck in dem Motorzylinder im wesentlichen nicht von der Zündzeitpunktverstellung abhängig ist.

3. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vorbestimmte Gradstellung der Motorumdrehung während einer Periode des Verbrennungshubs gegeben ist, wenn der Druck in dem Motorzylinder im wesentlichen nicht von dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis oder der Temperatur in dem Zylinder abhängig ist.

4. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die genannte vorbestimmte Gradstellung der Motorumdrehung im Bereich von 20 bis 50 Grad nach dem oberen Totpunkt des Kolbens befindet.

5. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die genannte vorbestimmte Gradstellung der Motorumdrehung hinter bzw. nach dem oberen Totpunkt des Kolbens befindet.

6. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vorbestimmte Gradstellung der Motorumdrehung im wesentlichen bei 45º nach dem oberen Totpunkt des Kolbens liegt.

7. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stärke der genannten Diagnosespannung im Verhältnis zur Zeit erhöht, wenn sich der genannte Zündtransformator im Ladezustand befindet.

8. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Ladens des Transformators zur Erzeugung der Diagnoseladung zuerst die Einleitung eines Signals auf der Basis von Motorsteuerungseingaben umfaßt, um mit der Ladung des genannten Zündtransformators zur Ausführung einer Motorlast- Diagnoseprozedur zu beginnen, wobei die Diagnosespannung an die genannten Elektroden der genannten Zündkerze nach dem oberen Totpunkt des Kolbens angelegt wird, wenn der Druck in dem Verbrennungszylinder im wesentlichen nur von der Motorlast abhängig ist, und wobei die Stärke der genannten Diagnosespannung im Verlauf der Zeit zunimmt, während der sich der genannte Zündtransformator (36) im Ladezustand befindet, wobei der Schritt des Messens der Dauer der induktiven Stromentladung die Ausgabe eines Signals mit einer Impulsbreite umfaßt, die der Dauer der genannten induktiven Stromentladung entspricht, und wobei der Schritt der Korrelation der Dauer der induktiven Stromentladung die Herstellung einer Korrelation der genannte Impulsbreite mit dem Druck in dem Verbrennungszylinder zum Zeitpunkt der genannten induktiven Stromentladung umfaßt.

9. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Einleitung des genannten Signals auf Steuereingaben basiert.

10. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der genannten Diagnosespannung im Verlauf der Zeit kontinuierlich zunimmt.

11. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Herstellung der Korrelation der Impulsbreite zu dem Druck von einer programmierbaren Steuereinheit (24) durchgeführt wird.

12. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Herstellung einer Korrelation des Druckes in dem Verbrennungszylinder zu der Motorlast von einer programmierbaren Steuereinheit (24) durchgeführt wird.

13. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Messens der Dauer der induktiven Stromentladung von einem Diagnoseschaltkreis (136) durchgeführt wird.

14. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnoseschaltkreis (136) das Signal ausgibt, dessen Impulsbreite der Dauer der induktiven Stromentladung entspricht.

15. Verfahren zur Bestimmung der Motorlast nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnoseschaltkreis (136) die Dauer der induktiven Stromentladung durch Überwachung des Zeitraums mißt, über den eine hohe Seite eines der Zündkerze (38) zugeordneten Transformators (36) über 12 Volt Gleichstrom liegt.