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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündsteuervorrichtung
einer Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Zündsteuervorrichtung,
die eine Mehrfachentladung durchführt, um eine mehrmalige
Zündentladung an einer Zündkerze während
eines einzigen Arbeitstakts bzw. -hubs zu bewirken.
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Zum
Beispiel wird in dem Fall, in dem eine in einer Brennkraftmaschine
mit Funkenzündung bzw. einem Ottomotor bereitgestellte
Zündvorrichtung ein Transistorzündsystem einsetzt,
falls eine in einer Primärspule einer Zündspule
geladene Energie entladen wird, eine Zündentladung (Funkenentladung bzw.
Funkenüberschlag) zwischen Elektroden einer mit einer Sekundärspule
verbundenen Zündkerze bewirkt. Es bestehen Bedenken dahingehend,
dass die Zündung nicht durch nur eine einzige Zündentladung
bewirkt werden kann. Um die Bedenken zu mindern, gibt es herkömmlich
ein bekanntes Verfahren des Durchführens einer Mehrfachentladung,
um die Zündentladung während des einzigen Arbeitstakts bzw.
-hubs mehrere Male durchzuführen. Die Mehrfachentladung
wird realisiert, indem die Aufladung und die Entladung der Primärspule
während des einzigen Arbeitstakts bzw. -hubs mehrere Male
wiederholt werden.
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Zum
Beispiel, eine in Patentdokument 1 (
japanische Übersetzung der internationalen
PCT-Anmeldung Nr. 2003-521619 ) beschriebene Technik stoppt
eine Entladung einer Primärspule, um eine Zündentladung
zu stoppen, und startet zu der gleichen Zeit eine Aufladung der
Primärspule, falls nach Start der ersten Zündentladung
während eines einzigen Arbeitstakts bzw. -hubs eine festgelegte
Zeit abläuft. Wenn nach dem Start der Aufladung eine festgelegte
Zeit abläuft, schaltet die Technik daraufhin die Primärspule
von der Aufladung auf die Entladung um, um die Zündentladung
zu starten. Das heißt, dass die Technik die Mehrfachentladung
realisiert, indem die Aufladung und die Entladung der Primärspule
nach jeder festgelegten Zeit umgeschaltet werden. In dem Fall eines
CDI-Systems wird die Mehrfachentladung realisiert, indem eine Aufladung
und eine Entladung eines Kondensators nach jeder festgelegten Zeit
umgeschaltet werden.
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Eine
normale Zündentladung einer Zündkerze 15 erfolgt
von einer Elektrode 15a zu der anderen Elektrode 15b,
wie es durch eine Wellenlinie SP1 gemäß 6(a) gezeigt ist. Im Gegensatz dazu besteht,
falls leitfähige Substanzen 15x wie etwa Kohlenstoff,
der bei einer Verbrennung erzeugt wird, an einem Isolatorabschnitt 15c anhaften
und sich an diesem ansammeln, der die Elektrode 15a trägt,
eine Möglichkeit darin, dass eine kriechende bzw. schleichende
Entladung von der Elektrode 15a zu der anderen Elektrode 15b über
die leitfähigen Substanzen 15x erfolgt, wie es
durch eine Wellenlinie SP10 gemäß 6(a) gezeigt
ist. Falls die leitfähigen Substanzen 15x durch
die kriechende Entladung abgebrannt werden, erfolgt die kriechende
Entladung bei der nächsten Zündentladung nicht.
Daher besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass
die kriechende Entladung bei der ersten Zündentladung bei der
Mehrfachentladung erfolgt. Auch besteht in einem solchen Fall eine
hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass die zweite Zündentladung
die normale Zündentladung ist. Da eine Zündleistung
bzw. -leistungsfähigkeit der kriechenden Entladung gering
ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass die
Zündung nicht durch die erste kriechende Entladung bewirkt
wird, sondern die Zündung durch die zweite Zündentladung
bewirkt wird.
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Kurz
gesagt besteht in dem Fall der Zündung, die durch die Mehrfachentladung
bewirkt wird, die nicht die kriechende Entladung bewirkt, eine hohe Wahrscheinlichkeit
dafür, dass die Zündung durch die erste Zündentladung
bewirkt wird. Die Zündung, die durch die Mehrfachentladung
bewirkt wird, die nicht die kriechende Entladung bewirkt, wird hierin nachstehend
als eine Normalzustandszündung bezeichnet. Im Gegensatz
dazu besteht in dem Fall der Zündung, die durch die Mehrfachentladung
bewirkt wird, die die kriechende Entladung bewirkt, eine hohe Wahrscheinlichkeit
dafür, dass die Zündung durch die zweite Zündentladung
nach der ersten kriechenden Entladung bewirkt wird. Die Zündung,
die durch die Mehrfachentladung bewirkt wird, die die kriechende
Entladung bewirkt, wird hierin nachstehend als Anormalzustandszündung
bezeichnet.
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Bei
der herkömmlichen Steuerung, die die Aufladung und die
Entladung der Primärspule nach jeder festgelegten Zeit
umschaltet, wie es in Patentdokument 1 beschrieben ist, wird jedoch,
wenn die nutzlose kriechende Entladung erfolgt, die weniger geeignet
ist, zu der Zündung beizutragen, die kriechende Entladung
für die festgelegte Zeit fortgesetzt. Dementsprechend verzögert
sich ein Ladestartzeitpunkt der Primärspule, der für
die nächste Zündentladung notwendig ist (t12 gemäß 3(a)), weshalb sich der Startzeitpunkt
der nächsten Zündentladung (t13 gemäß 3(a)) verzögert und sich ein
Zeitpunkt der Anormalzustandszündung (ty gemäß 3(a)) verzögert. Somit vergrößert
sich eine Abweichung (Differenz) zwischen einem Zeitpunkt der Normalzustandszündung
(tx gemäß 2) und dem Zeitpunkt
der Anormalzustandszündung (ty). Als Folge hiervon erhöht
sich eine Schwankung eines Abtriebsdrehmoments der Brennkraftmaschine.
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Selbst
in dem Fall, in dem die kriechende Entladung nicht bewirkt wird,
falls die Elektroden 15a, 15b auf einer Trajektorie
bzw. Bahn einer Ansaugströmung in einer Brennkammer (wie
etwa einer Fallströmung oder einer Wirbelströmung)
oder auf einer Einspritztrajektorie bzw. -bahn von in einen Zylinder eingespritztem
Kraftstoff angeordnet sind, besteht eine Möglichkeit darin,
dass ein durch die normale Zündentladung erzeugter (Licht-)Bogen
bzw. Funkenüberschlag, der durch SP1 gemäß 6(b) gezeigt ist, durch die Ansaugströmung
oder die Düsen- bzw. Strahlströmung (die durch
F gemäß 6(b) gezeigt
ist) beeinträchtigt und derart verformt wird, dass sich
der (Licht-)Bogen bzw. Funkenüberschlag allmählich
umso mehr verbiegt und verlängert, je öfter die
Zündung wiederholt wird, wie es durch SP2, SP3 und SP4
gemäß 6(b) gezeigt
ist. Falls die Zündung in dem Zustand durchgeführt
wird, in dem eine solche Bogenverlängerung auftritt, wird
im Vergleich zu dem Fall, in dem die Zündung mit dem normalen
Bogen durchgeführt wird, ein übermäßiger bzw.
zu starker Verbrennungszustand auftreten. Dementsprechend wird durch
ein Vorliegen/Nichtvorliegen eines Auftretens der Bogenverlängerung
eine Veränderung des Verbrennungszustands verursacht, weshalb
Bedenken dahingehend bestehen, dass sich die Schwankung des Abtriebsdrehmoments
der Brennkraftmaschine erhöht.
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Bei
der herkömmlichen Steuerung, die die Aufladung und die
Entladung der Primärspule nach jeder festgelegten Zeit
umschaltet, wie es in Patentdokument 1 beschrieben ist, wird die
Zündentladung für die festgelegte Zeit fortgesetzt,
wenn die Bogenverlängerung auftritt. Daher besteht eine
hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Zündung
in dem Zustand bewirkt wird, in dem sich die Bogenverlängerung
einstellt. Als Folge hiervon wird das vorstehend beschriebene Problem
der Schwankung des Abtriebsdrehmoments verursacht.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündsteuervorrichtung
und ein Zündsteuersystem einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die/das
eine Schwankung eines Abtriebsdrehmoments der Brennkraftmaschine
unterbindet, die von einer Entladungsanormalität wie etwa
einer kriechende Entladung oder einer Bogenverlängerung
herrührt.
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Gemäß einem
ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Zündsteuervorrichtung einer Brennkraftmaschine auf eine
Zündvorrichtung mit einer Zündspule, die eine
Primärspule und eine Sekundärspule umfasst, und
einer Zündkerze angewandt, die mit der Sekundärspule
verbunden ist und eine Zündentladung zwischen ihren Elektroden
durchführt. Die Zündsteuervorrichtung steuert
einen Betrieb der Zündvorrichtung, um eine Mehrfachentladung
des mehrmaligen Durchführens der Zündentladung
währen eines einzigen Arbeitstakts der Brennkraftmaschine
durchzuführen. Die Zündsteuervorrichtung weist
eine Anormalitätserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines
Auftretens einer Entladungsanormalität wie etwa einer kriechende Entladung
oder einer Bogenverlängerung basierend auf einem Sekundärstrom,
der zwischen den Elektroden der Zündkerze fließt,
oder einer Sekundärspannung zwischen den Elektroden der
Zündkerze auf. Wenn die Entladungsanormalität
erfasst wird, steuert die Zündsteuervorrichtung den Betrieb
der Zündvorrichtung, um die Zündentladung entsprechend
der Entladungsanormalität zu stoppen und eine Aufladung
einer für eine nächste Zündentladung
notwendigen elektrischen Energie zu starten.
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Mit
einer solchen Ausgestaltung wird die Zündentladung gestoppt,
falls die kriechende Entladung auftritt. Daher kann die Ausführungsdauer
der nutzlosen kriechende Entladung, die weniger geeignet ist, zu
der Zündung beizutragen, verkürzt werden. Da die
Zündentladung gestoppt wird, falls die Bogenverlängerung
auftritt, kann eine Wahrscheinlichkeit der Zündung in dem
Zustand verringert werden, in dem die Bogenverlängerung
auftritt. Schließlich kann das Auftreten der Verbrennungszustandsveränderung,
die sich aus dem Vorliegen/Nichtvorliegen des Auftretens der Bogenverlängerung
ergibt, unterbunden werden und kann die Schwankung des Abtriebsdrehmoments
unterbunden werden.
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Außerdem
wird gemäß dem vorgenannten Aspekt der vorliegenden
Erfindung die für die nächste Zündentladung
notwendige Aufladung gestartet, falls die kriechende Entladung oder
die Bogenverlängerung auftritt. Daher kann der Startzeitpunkt
der nächsten Aufladung (siehe t12' gemäß 4)
vorgezogen werden. Dementsprechend kann der Zeitpunkt der nächsten
Zündentladung (siehe t13') vorgezogen werden und kann der
Zeitpunkt der Anormalzustandszündung (siehe tz) vorgezogen
werden. Als Folge hiervon kann die Abweichung (die Differenz) zwischen dem
Zeitpunkt der Normalzustandszündung (tx gemäß 2 oder 4)
und dem Zeitpunkt der Anormalzustandszündung (tz) verringert werden.
Daher kann die Abtriebsdrehmomentsschwankung der Brennkraftmaschine,
die sich aus der kriechende Entladung oder der Bogenverlängerung
ergibt, unterbunden werden.
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Gemäß einem
zweiten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst
die Anormalitätserfassungsvorrichtung die Entladungsanormalität
basierend auf einem Spitzenwert des Sekundärstroms oder
der Sekundärspannung unter Werten des Sekundärstroms
oder der Sekundärspannung. Der Spitzenwert (siehe Ips gemäß 4)
tritt zu einem Startzeitpunkt der Zündentladung auf. Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass der
vorstehend beschriebene Spitzenwert, falls die Entladungsanormalität
auftritt, einen Wert annimmt, der sich von dem Wert in dem Fall
des normalen Zustands unterscheidet. Zum Beispiel, bei dem gemäß 4 gezeigten
Beispiel, erhöht sich der Spitzenwert des Sekundärstroms
I2 und verringert sich der Spitzenwert der Sekundärspannung
V2, falls die Entladungsanormalität auftritt. Falls die
Entladungsanormalität basierend auf dem Spitzenwert erfasst
wird, wie es bei dem vorstehend beschriebenen zweiten beispielhaften
Aspekt der vorliegenden Erfindung der Fall ist, kann daher die Anormalitätserfassung
auf einfache Weise durchgeführt werden.
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Gemäß einem
dritten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst
die Anormalitätserfassungsvorrichtung die Entladungsanormalität
basierend auf einer Änderungsgeschwindigkeit des Sekundärstroms
oder der Sekundärspannung (siehe αs gemäß 4)
zu der Zeit, zu der sich der Sekundärstrom oder die Sekundärspannung
ausgehend von einem Spitzenwert des Sekundärstroms oder
der Sekundärspannung verändert, unter Änderungen
des Sekundärstroms oder der Sekundärspannung.
Der Spitzenwert tritt zu einem Startzeitpunkt der Zündentladung
auf. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden,
dass die vorstehend beschriebene Änderungsgeschwindigkeit αs,
falls die Entladungsanormalität auftritt, einen Wert annimmt, der
sich von dem Wert in dem Fall des normalen Zustands unterscheidet.
Zum Beispiel, bei dem gemäß 4 gezeigten
Beispiel, erhöht sich die Änderungsgeschwindigkeit αs
des Sekundärstroms I2 oder der Sekundärspannung
V2 (d. h. die Steigung αs wird steil), falls die Entladungsanormalität
auftritt. Falls die Entladungsanormalität basierend auf
der Änderungsgeschwindigkeit zu der Zeit der Änderung
ausgehend von dem Spitzenwert erfasst wird, wie es bei dem vorstehend
beschriebenen dritten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung
der Fall ist, kann daher die Anormalitätserfassung auf
einfache Weise durchgeführt werden.
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Ursprünglich
wird die Mehrfachentladung durchgeführt, um die Bedenken
dahingehend zu beseitigen, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür
besteht, dass die Zündung bei einer nur einmaligen Zündentladung
fehlschlägt. Wenn die Entladungsanormalität erfasst
wird, verringert sich die Anzahl der normalen Zündentladungen
und können die vorstehend beschriebenen Bedenken nicht
vollständig beseitigt werden. Gemäß einem
vierten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung, der sich
auf diesen Punkt richtet, erhöht die Zündsteuervorrichtung die
Anzahl der während des einzigen Arbeitstakts durchgeführten
Zündentladungen, wenn die Entladungsanormalität
erfasst wird. Daher können die vorstehend beschriebenen
Bedenken vollständig beseitigt werden.
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Gemäß einem
fünften beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung
stellt die Zündsteuervorrichtung die Anzahl der Zündentladungen,
nachdem die Entladungsanormalität erfasst ist, auf eine
voreingestellte Anzahl ein. Mit dieser Ausgestaltung stimmt die
Anzahl der normalen Zündentladungen, die nach der Entladungsanormalität
durchgeführt werden, mit der voreingestellten Anzahl überein.
Dementsprechend kann die Wahrscheinlichkeit des Fehlschlagens der
Zündung auf geeignete Weise gesenkt werden.
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Gemäß einem
sechsten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die
Brennkraftmaschine eine Direkteinspritzung-Brennkraftmaschine, die
Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzt. Die Elektroden
der Zündkerze, die die Zündentladung durchführen,
sind auf einer Einspritztrajektorie bzw. -bahn des Kraftstoffs angeordnet
(siehe 7). In diesem Fall besteht eine Tendenz, dass
die Bogenverlängerung auftritt, da die Düsen-
bzw. Strahlströmung direkt mit den Elektroden kollidiert. Außerdem
besteht eine Tendenz, dass die kriechende Entladung auftritt, da
die leitfähigen Substanzen wie etwa der während
der Verbrennung erzeugte Kohlenstoff dazu tendieren, an der Zündkerze
anzuhaften. Daher werden bei der Brennkraftmaschine, die dazu tendiert,
die Entladungsanormalität zu verursachen, die Wirkungen
des vorstehend beschriebenen ersten bis fünften beispielhaften
Aspekts der vorliegenden Erfindung auf geeignete Weise ausgeübt.
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Gemäß einem
siebten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die
Brennkraftmaschine eine Direkteinspritzung-Brennkraftmaschine, die Kraftstoff
direkt in eine Brennkraftkammer einspritzt und eine Einspritzvorrichtung
aufweist, die aufgebaut ist, um den Kraftstoff in die Brennkraftkammer
in mehreren Sprühmustern bzw. -bildern einzuspritzen. Die
Elektroden der Zündkerze, die die Zündentladung
durchführen, sind zwischen den mehreren Sprühmustern
bzw. -bildern angeordnet (siehe 8). In diesem
Fall ist der Grad der direkten Kollision der Düsen- bzw.
Strahlströmung mit den Elektroden geringer als in dem Fall
der Ausgestaltung des vorstehend beschriebenen sechsten beispielhaften Aspekts
der vorliegenden Erfindung. Da die leitfähigen Substanzen
wie etwa der während der Verbrennung erzeugte Kohlenstoff
dazu tendieren, an der Zündkerze anzuhaften, besteht jedoch
eine Tendenz, dass die kriechende Entladung auftritt. Daher werden bei
einer solchen Brennkraftmaschine, die dazu tendiert, die Entladungsanormalität
zu verursachen, die Wirkungen des vorstehend beschriebenen ersten
bis fünften beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung
in geeigneter Weise ausgeübt.
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Gemäß einem
achten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die
Brennkraftmaschine mit einem Lader bzw. Vorverdichter bzw. Kompressor
ausgerüstet, der in eine Brennkammer eingebrachte Ansaugluft
auflädt bzw. vorverdichtet. In diesem Fall besteht eine
Tendenz, dass die Bogenverlängerung auftritt, da die aufgeladene
bzw. vorverdichtete Ansaugluft hoher Geschwindigkeit mit der Zündkerze
kollidiert. Da die leitfähigen Substanzen dazu tendieren,
an der Zündkerze anzuhaften, besteht außerdem
eine Tendenz, dass die kriechende Entladung auftritt. Bei einer
solchen Brennkraftmaschine, die dazu tendiert, die Entladungsanormalität zu
verursachen, werden daher die Wirkungen des vorstehend beschriebenen
ersten bis fünften beispielhaften Aspekts der vorliegenden
Erfindung auf geeignete Weise ausgeübt.
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Gemäß einem
neunten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein
Zündsteuersystem einer Brennkraftmaschine die vorstehend beschriebene
Zündsteuervorrichtung und die Zündvorrichtung
auf. Dieses Zündsteuersystem kann die vorstehend genannten
verschiedenen Wirkungen gleichermaßen ausüben.
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Merkmale
und Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ebenso wie
Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile
aus einem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung,
der anliegenden Patentansprüche und der Abbildungen zu
verstehen sein, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
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1 ist
eine Konfigurationsdarstellung, die schematisch ein Zündsteuersystem
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Zeitdiagram, das einen Zündbetrieb in dem Fall, in
dem eine Entladungsanormalität nicht verursacht wird, gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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3(a) ist ein Zeitdiagram zur Erläuterung eines
Problems infolge einer kriechenden Entladung;
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3(b) ist ein Zeitdiagram zur Erläuterung eines
Problems infolge einer Bogenverlängerung;
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4 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Zündbetrieb zeigt, der durch
eine Zündsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
realisiert wird, wenn die Entladungsanormalität auftritt;
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf zur Durchführung
der Zündsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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6(a) ist eine Darstellung zur Erläuterung eines
Phänomens der kriechenden Entladung;
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6(b) ist eine Darstellung zur Erläuterung eines
Phänomens der Bogenverlängerung;
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7 ist
eine Konfigurationsdarstellung, die schematisch eine Brennkraftmaschine
zeigt, die mit einem Zündsteuersystem gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
versehen ist;
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8 ist
eine Konfigurationsdarstellung, die schematisch eine Brennkraftmaschine
zeigt, die mit einem Zündsteuersystem gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
versehen ist; und
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9 ist
eine Konfigurationsdarstellung, die schematisch ein Zündsteuersystem
gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Nachstehend
werden hierin unter Bezugnahme auf die Abbildung Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der folgenden Beschreibung
der Ausführungsbeispiele wird für identische oder äquivalente
Teile in den Abbildungen das gleiche Symbol verwendet.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend
wird hierin ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Das vorliegende Ausführungsbeispiel
ist als ein Zündsteuersystem für einen Fahrzeug-internen
Benzinmotor als eine Brennkraftmaschine ausgestaltet. Bei dem Steuersystem
wird eine Zündentladung (ein Funke) an einer Zündkerze
basierend auf einem Zündbefehl von einer elektronischen
Steuereinheit (ECU) bewirkt. Zunächst wird unter Bezugnahme
auf 1 eine schematische Konstruktion des Zündsteuersystems
beschrieben.
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Gemäß 1 umfasst
eine für jeden Zylinder bereitgestellte Zündspule 10 eine
Primärspule 10a und eine Sekundärspule 10b.
Ein Ende der Primärspule 10a ist über
eine Energieversorgungsschaltung 11 mit einer Seite hohen
Potentials (+12 V) einer Batterie 12 verbunden. Das andere
Ende der Primärspule 10a ist über einen
IGBT 13 als eine Schaltvorrichtung geerdet. Ein Gate-Anschluss
des IGBT 13 ist mit einer Zündsteuerschaltung 14 verbunden.
Eine Ein-Aus-Steuerung des IGBT 13 wird durch die Zündsteuerschaltung 14 durchgeführt.
Ein Ende der Sekundärspule 10b ist mit einer Zündkerze 15 verbunden,
und das andere Ende der Sekundärspule 10b ist über
eine Zener-Diode 16 und einen Widerstand 17 (einen
Nebenschlusswiderstand) zur Stromerfassung geerdet. Eine Ausgabe
des Widerstands 17 für die Stromerfassung wird
an die Zündsteuerschaltung 14 eingegeben. Nachstehend
wird hierin eine Ausgabespannung der Energieversorgungsschaltung 11 mit
Vo bezeichnet. Ein durch die Primärspule 10a fließender
Strom wird als Primärstrom I1 bezeichnet. Ein durch die
Sekundärspule 10b fließender Strom wird
als Sekundärstrom I2 bezeichnet.
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Die
ECU 20 ist hauptsächlich aus einem Mikrocomputer
aufgebaut, der aus CPU, RAM, ROM und dergleichen besteht. Die ECU 20 führt
verschiedene Arten von in dem ROM gespeicherten Steuerprogrammen
aus, um verschiedene Betriebszustände der Maschine zu steuern.
Bei einer Zündzeitpunktsteuerung erhält die ECU 20 Betriebszustandsinformationen,
die die Betriebszustände der Maschine bezeichnen, wie etwa
eine Maschinendrehzahl NE und einen Fahrpedalbetätigungsbetrag
ACCP, und berechnet sie einen optimalen Zündzeitpunkt basierend auf
den Betriebszustandsinformation. Die ECU 20 erzeugt ein
Zündsignal IGt gemäß dem Zündzeitpunkt und
gibt das Zündsignal IGt an die Zündsteuerschaltung 14 aus.
Um einen geeigneten Verbrennungszustand zu realisieren, führt
das Zündsteuersystem gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel eine Mehrfachentladungssteuerung durch,
um eine mehrmalige Zündentladung an der Zündkerze 15 während eines
einzigen Arbeitstakts bzw. -hubs zu bewirken. Daher berechnet die
ECU 20 eine Mehrfachentladungsperiode zum wiederholten
Bewirken der Zündentladung basierend auf den Betriebszustandsinformationen.
Die ECU 20 erzeugt ein Mehrfachperiodesignal IGw zum Definieren
der Mehrfachentladungsperiode und gibt das Mehrfachperiodesignal
IGw an die Zündsteuerschaltung 14 aus.
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Die
Zündsteuerschaltung 14 gibt ein Ansteuersignal
IG zum Ein- und Ausschalten des IGBT 13 basierend auf dem
Zündsignal IGt und dem Mehrfachperiodesignal IGw aus, die
von der ECU 20 eingegeben werden. Genauer gesagt schaltet
die Zündsteuerschaltung 14 den IGBT 13 gemäß dem
Zündsignal IGt ein und aus, um eine erste Zündentladung zu
dem Zündzeitpunkt zu bewirken. Dann schaltet die Zündsteuerschaltung 14 den
IGBT 13 während der Mehrfachentladungsperiode
basierend auf dem Mehrfachperiodesignal IGw wiederholt ein und aus, um
die Zündentladung an der Zündkerze 15 wiederholt
zu bewirken. Als nächstes wird unter Bezugnahme auf ein
Zeitdiagramm gemäß 2 ein Überblick eines
Betriebs einer derartigen Mehrfachentladung erläutert. 2 ist
ein Zeitdiagramm in dem Fall, in dem die normale Entladung durchgeführt
wird. Wenn ein Auftreten einer Entladungsanormalität (was
nachstehend ausführlich erläutert ist) erfasst
wird, wird der Betrieb der Mehrfachentladung gesteuert, um ein gemäß 4 gezeigtes
Zeitdiagramm zu realisieren. Gemäß 2 wird
in dem Fall der normalen Entladung die erste Zündentladung
zu einem Zeitpunkt t11 als der Zündzeitpunkt bewirkt und
die Zündentladung während einer Periode von dem
Zeitpunkt t11 bis zu einem Zeitpunkt t14 als die Mehrfachentladungsperiode
wiederholt bewirkt. Nachstehend wird hierin eine Ausgestaltung eines
Ein- und Ausschaltens des IGBT 13 für jede von
festgelegten Schaltzeiten Tb, Tc erläutert.
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Zunächst
wird, wenn das Zündsignal IGt zum Zeitpunkt t10, der dem
Zündzeitpunkt vorausgeht, auf den H-Pegel angehoben wird,
das Ansteuersignal IG in Erwiderung hierauf auf den H-Pegel angehoben
und der IGBT 13 eingeschaltet. Somit fließt der
Primärstrom I1 durch die Primärspule 10a und wird
die Zündspule 10 aufgeladen. Danach wird, wenn
das Zündsignal IGt zum Zeitpunkt t11 als der Zündzeitpunkt
auf den L-Pegel abgesenkt wird, das Ansteuersignal IG auf den L-Pegel
abgesenkt und der IGBT 13 ausgeschaltet. Somit wird die
erste Zündentladung an der Zündkerze 15 infolge
der Entladung der Zündspule 10 bewirkt.
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Das
Mehrfachperiodesignal IGw wird zum Zeitpunkt t11 auf den H-Pegel
angehoben. Daher wird zum Zeitpunkt t12 das Ansteuersignal IG auf
den H-Pegel angehoben und der IGBT 13 eingeschaltet, wenn
die Schaltzeit Tb nach dem Zeitpunkt t11 abläuft. Somit
fließt der Primärstrom I1 erneut durch die Primärspule 10a und
wird die Zündspule 10 wieder aufgeladen. Zum Zeitpunkt
t13, wenn ferner die Schaltzeit Tc abläuft, wird das Ansteuersignal
IG auf den L-Pegel abgesenkt und der IGBT 13 ausgeschaltet.
Somit stellt sich an der Zündkerze 15 die Zündentladung
erneut ein.
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Danach
wird das Ansteuersignal IG für jede der Schaltzeiten Tb,
Tc zwischen dem H-Pegel und dem L-Pegel umgeschaltet und wird der
IGBT 13 ein- und ausgeschaltet, bis sich das Mehrfachperiodesignal
IGw zum Zeitpunkt t14 auf den L-Pegel absenkt. Somit tritt an der
Zündkerze 15 während der Mehrfachentladungsperiode
wiederholt die Zündentladung auf. Es besteht eine hohe
Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Zündung, die
durch die Mehrfachentladung bewirkt wird, die nicht die kriechende
Entladung bewirkt, (d. h. die Normalzustandszündung) durch
die erste Zündentladung der Mehrfachentladung bewirkt wird.
In diesem Fall besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür,
dass die Zündung zu einem Zeitpunkt, zu dem die Entladung
ausreichend durchgeführt ist, d. h. zu einem Zeitpunkt
(Zeitpunkt tx) nahe dem Entladungsendzeitpunkt t12, in der Entladungsperiode Tb
(d. h. der normalen Entladungsperiode) erfolgt.
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Eine
nachstehend beschriebene Steuerung kann anstelle der vorstehend
beschriebenen Steuerung des Durchführens der Mehrfachentladung
durch Umschalten des Ansteuersignals IG zwischen dem H-Pegel und
dem L-Pegel jedes Mal dann, wenn die Schaltzeiten Tb, Tc ablaufen,
durchgeführt werden. Das heißt, dass zu dem Zeitpunkt
t12 die Entladung der Zündspule 10 abgeschnitten
und auf die Aufladung umgeschaltet wird, wenn eine Erhöhung
des Werts des Sekundärstroms I2, der sich infolge der Zündentladung
verringert hat, auf einen voreingestellten Abschneidestromwert Ic
erfasst wird. Die Zündspule 10 wird zu dem Zeitpunkt
t13 von der Aufladung auf die Entladung umgeschaltet, wenn die Schaltzeit
Tc nach dem Start der Aufladung abläuft.
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Wie
vorstehend erwähnt verursacht die Steuerung, die den IGBT 13 für
jede der festgelegten Schaltzeiten Tb, Tc ein- und ausschaltet,
oder die Steuerung, die den IGBT 13 basierend auf dem Abschneidestromwert
Ic ein- und ausschaltet, ein nachfolgendes Problem, wenn die vorstehend
erwähnte kriechende Entladung (siehe 6(a))
auftritt.
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3(a) zeigt ein Problem in dem Fall, in dem
zu der Zeit der ersten Zündentladung die kriechende Entladung
auftritt. In diesem Fall wird die nutzlose kriechende Entladung,
die weniger geeignet ist, zu der Zündung beizutragen, für
die festgelegte Zeit Tb fortgesetzt. Dementsprechend verzögert
sich nutzloserweise der Ladestartzeitpunkt t12 der Primärspule 10a,
der für die nächste Zündentladung notwendig
ist, weshalb sich der nächste Entladungsstartzeitpunkt
t13 der Primärspule 10a ebenfalls nutzloserweise
verzögert. Dementsprechend verzögert sich der
Startzeitpunkt der nächsten Zündentladung t13
der Sekundärspule 10b, weshalb sich nutzloserweise
ein Zeitpunkt ty der Anormalzustandszündung verzögert.
Somit vergrößert sich eine Abweichung (Differenz)
zwischen dem Zeitpunkt tx der Normalzustandszündung (siehe 2)
und dem Zeitpunkt ty der Anormalzustandszündung, weshalb
sich die Schwankung des Abtriebsdrehmoments der Brennkraftmaschine
erhöht.
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3(b) zeigt ein Problem in dem Fall, in dem
zu der Zeit der ersten Zündentladung die Bogenverlängerung
auftritt. Falls die Zündung in dem Zustand durchgeführt
wird, in dem eine solche Bogenverlängerung auftritt, tritt
im Vergleich zu dem Fall, in dem die Zündung mit dem normalen
Bogen durchgeführt wird, ein übermäßiger
bzw. zu starker Verbrennungszustand auf. Dementsprechend wird durch
das Vorliegen/Nichtvorliegen des Austretens der Bogenverlängerung
eine Veränderung des Verbrennungszustands verursacht, weshalb
Bedenken dahingehend bestehen, dass sich die Schwankung des Abtriebsdrehmoments
der Brennkraftmaschine erhöht. Außerdem wird bei
dem Beispiel gemäß 3(b) die Zündentladung
in dem Zustand, in dem die Bogenverlängerung auftritt,
für die festgelegte Zeit Tb fortgesetzt. Daher besteht
eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Zündung
in dem Zustand bewirkt wird, in dem die Bogenverlängerung
auftritt. Als Folge hiervon wird das Problem der Schwankung des
Abtriebsdrehmoments verursacht.
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Falls
das Auftreten der Entladungsanormalität wie etwa der kriechenden
Entladung oder der Bogenverlängerung erfasst wird, stoppt
die Zündsteuerschaltung 14 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel daher unverzüglich
die Zündentladung entsprechend der Entladungsanormalität,
und startet sie unverzüglich die Aufladung der für
die nächste Zündentladung notwendigen Energie.
Als nächstes wird ein Verfahren des Erfassens des Auftretens
der Entladungsanormalität gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel erläutert.
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Wenn
die kriechende Entladung auftritt, wie es gemäß 3(a) gezeigt ist, verringert sich ein Spitzenwert
der Sekundärspannung V2 von einem Normalzustandsspitzenwert
Vp auf einen Wert Vps und verringert sich eine Haltespannung der
Sekundärspannung V2 von einer Normalzustandshaltespannung
Vh auf einen Wert Vhs, da sich der Entladungsweg verlängert.
Außerdem erhöht sich ein Spitzenwert des Sekundärstroms
I2 von einem Normalzustandsspitzenwert Ip auf einen Wert Ips und
erhöht sich eine Steigung (Änderungsgeschwindigkeit)
des Sekundärstroms I2 zu der Zeit, zu der der Sekundärstrom
I2 ausgehend von dem Spitzenwert ansteigt, von einer Normalzustandssteigung α (α = ΔI/Δt)
auf einen Wert αs. Die Haltespannung Vh ist eine Spannung,
die zum Aufrechterhalten des (Licht-)Bogens bzw. Funkenüberschlags
notwendig ist.
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Wenn
die Bogenverlängerung auftritt, wie es gemäß 3(b) gezeigt ist, verringert sich der
Spitzenwert der Sekundärspannung V2 von dem Normalzustandsspitzenwert
Vp auf einen Wert Vpt und verringert sich die Haltespannung der
Sekundärspannung V2 von der Normalzustandshaltespannung
Vh auf einen Wert Vht, da der Betrieb zum Beibehalten des verformten
(Licht-)Bogens bzw. Funkenüberschlags durchgeführt
wird. Außerdem erhöht sich der Spitzenwert des
Sekundärstroms I2 von dem Normalzustandsspitzenwert Ip
auf einen Wert Ipt und erhöht sich die Steigung (Änderungsgeschwindigkeit) des
Sekundärstroms I2 zu der Zeit, zu der der Sekundärstrom
I2 ausgehend von dem Spitzenwert ansteigt, von der Normalzustandssteigung α auf
einen Wert αt.
-
Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die Änderungen
des Spitzenwerts Vp und der Haltespannung Vh der Sekundärspannung
V2 sowie des Spitzenwerts Ip und der Steigung α des Sekundärstroms
I2 auftreten, falls die Entladungsanormalität wie etwa
die kriechende Entladung oder die Bogenverlängerung auftritt.
Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Vorliegen/Nichtvorliegen
des Auftretens der Entladungsanormalität basierend auf
zumindest einem der vorstehenden Werte bestimmt. 4 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Zündbetrieb gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt, der durchgeführt wird,
wenn die Entladungsanormalität auftritt. Die Entladungsanormalität
wird zum Zeitpunkt t12' während der ersten Zündentladungsperiode
erfasst, und das Umschalten von der Entladung auf die Aufladung wird
zum Zeitpunkt t12' durchgeführt.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf der Zündsteuerung
zeigt, die durch die Zündsteuerschaltung 14 (oder
den Mikrocomputer der ECU 20) durchgeführt wird.
Das Ablaufdiagramm gemäß 5 wird zu
jeder vorbestimmten Zeit (zum Beispiel einer Berechnungsverarbeitungszeit
der CPU) oder für jeden vorbestimmten Kurbelwinkel wiederholt
ausgeführt. Die Zündsteuerschaltung 14 und/oder
die ECU 20 entsprechen einer Zündsteuervorrichtung.
-
Zunächst
wird, wenn ein Einschalten (Schalten auf den H-Pegel) des Zündsignals
Gt von der ECU 20 in S10 empfangen wird (wobei S „Schritt” bedeutet),
das Ansteuersignal IG in S11 eingeschaltet (d. h. auf den H-Pegel
angehoben) und in S12 ein Flag bzw. Kennzeichen angehoben, das den
Start der (Auf-)Ladung bezüglich der Zündspule 10 bezeichnet.
Im folgenden S13 wird bestimmt, ob eine voreingestellte Ladungszeit
Tc (d. h. die normale Ladungsperiode) nach dem Zeitpunkt t10, zu
dem das Ansteuersignal IG eingeschaltet wird, abgelaufen ist.
-
Falls
bestimmt wird, dass die Ladungszeit Tc abgelaufen ist, wird in S14
zum Zeitpunkt t11 der Bestimmung ein Flag bzw. Kennzeichen angehoben, das
das Ende der (Auf-)Ladung bezüglich der Zündspule 10 bezeichnet,
und wird das Ansteuersignal IG in S15 ausgeschaltet (d. h. auf den
L-Pegel abgesenkt).
-
Dann
wird in S20 und S30 (Anormalitätserfassungsvorrichtung)
bestimmt, ob die kriechende Entladung oder die Bogenverlängerung
verursacht wird. In S20 wird bestimmt, ob der Wert des Sekundärstroms
I2 niedriger ist als der Sekundärstromspitzenwert Ip. Im
folgenden S30 wird bestimmt, ob die Steigung α (α = ΔI/Δt) des
Sekundärstroms I2 zu der Zeit, zu der der Sekundärstrom
I2 ausgehend von dem Spitzenwert ansteigt, kleiner ist als ein Schwellenwert
a.
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Das
heißt, wie es durch Ip gemäß 2 und 3 gezeigt
ist, dass unter den Werten des Sekundärstroms I2 der Spitzenwert,
der zum Zeitpunkt t11 des Starts der Zündentladung erscheint,
I2 < Ip erfüllen
sollte, falls die Entladung normal ist. Wenn in S20 eine negative
Bestimmung getroffen wird (d. h., wenn I2 ≥ Ip gilt), wird
daher bestimmt, dass die kriechende Entladung oder die Bogenverlängerung
verursacht wird, und schreitet der Prozess zu S21 bis S26 voran.
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Die
Steigung α zu der Zeit, zu der der Wert des Sekundärstrom
I2 ausgehend von dem Spitzenwert ansteigt, sollte α < a erfüllen,
falls die Entladung normal ist. Auch wenn in S30 eine negative Bestimmung
getroffen wird (d. h., wenn α ≥ a gilt), wird
daher bestimmt, dass die kriechende Entladung oder die Bogenverlängerung
verursacht wird, und schreitet der Prozess zu S21 bis S26 voran.
-
Falls
in S20 oder S30 bestimmt wird, dass die Entladungsanormalität
auftritt, wird das Ansteuersignal IG in S21 eingeschaltet (d. h.
auf den H-Pegel angehoben) und wird in S22 ein Flag bzw. Kennzeichen
angehoben, das den Start der (Auf-)Ladung bezüglich der
Zündspule 10 bezeichnet. Dann wird in S23 eine
Zählung einer Anzahl anormaler Entladungen IGE um eins
inkrementiert und wird in S24 bestimmt, ob die Anzahl anormaler
Entladungen „gleich oder kleiner” einer vorgeschriebenen
Anzahl (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zweimal)
ist. Falls bestimmt wird, dass IGE ≤ 2 gilt, wird in S25 eine
Zählung einer Anzahl festgelegter Entladungen IGSN um eins
inkrementiert. Dann wird im folgenden S26 bestimmt, ob eine voreingestellte
Ladungszeit Tcf nach dem Zeitpunkt t12' abgelaufen ist, zu dem die
Entladung abgeschnitten wird, da die anormale Entladung erfasst
wird.
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Falls
bestimmt wird, dass die Ladungszeit Tcf abgelaufen ist (T = Tcf),
kehrt der Prozess zu S14 zurück. Somit wird in S14 das
Flag bzw. Kennzeichen angehoben, das bezeichnet, dass die (Auf-)Ladung bezüglich
der Zündspule 10 zum Zeitpunkt t13' der Bestimmung
beendet ist, und wird das Ansteuersignal IG in S15 ausgeschaltet
(d. h. auf den L-Pegel abgesenkt). Durch die Verarbeitung von S23
bis S25 wird die Anzahl der Zündentladungen, nachdem die anormale
Entladung erfasst ist, auf die vorbestimmte Anzahl (bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel dreimal) eingestellt.
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Falls
in S20 und S30 nicht bestimmt wird, dass die Entladung anormal ist,
wird in S31 bestimmt, ob der Wert des Sekundärstroms I2
auf den Abschneidestromwert Ic angestiegen ist. Wenn in S31 eine
negative Bestimmung getroffen wird, kehrt der Prozess zu S30 zurück.
Wenn in S31 eine positive Bestimmung getroffen wird (d. h. I2 =
Ic), schreitet der Prozess zu S32 voran, in dem eine Zählung
einer Anzahl normaler Entladungen IGS um eins inkrementiert wird.
Im folgenden S33 wird bestimmt, ob die Anzahl normaler Entladungen
IGS die Anzahl festgelegter Entladungen IGSN erreicht hat.
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Wenn
in S33 eine positive Bestimmung getroffen wird (d. h. IGS = IGSN),
wird die gemäß 5 gezeigte
Verarbeitungsfolge beendet. Wenn in S33 eine negative Bestimmung
getroffen wird, wird in S34 bestimmt, ob die voreingestellte Entladungszeit
Tb nach dem Zeitpunkt t11 oder dem Zeitpunkt t13, zu dem die Entladung
gestartet wird, abgelaufen ist. Falls bestimmt wird, dass die Entladungszeit
Tb abgelaufen ist, kehrt der Prozess zu S11 zurück. Somit wird
das Ansteuersignal IG in S11 zum Zeitpunkt t12 der Bestimmung eingeschaltet
(d. h. auf den H-Pegel angehoben) und wird das Flag bzw. Kennzeichen, das
den Start der (Auf-)Ladung bezüglich der Zündspule 10 bezeichnet,
in S12 angehoben.
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Das
vorstehend beschriebene vorliegende Ausführungsbeispiel übt
die folgenden Wirkungen aus.
- (1) In der ersten
Zündentladungsperiode bei der Mehrfachentladung wird die
erste Zündentladung zu der gleichen Zeit gestoppt, zu der
die kriechende Entladung zum Zeitpunkt t12' erfasst wird. Daher
kann die Ausführungsdauer der nutzlosen kriechenden Entladung,
die weniger geeignet ist, zu der Zündung beizutragen, verkürzt
werden. Das heißt, dass gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel die Ausführungsdauer der kriechenden
Entladung auf Tbf (siehe 4) verkürzt werden
kann, wohingegen die Ausführungsdauer der kriechenden Entladung
in dem Fall Tb ist, in dem die Zündentladung durchgeführt
wird, bis die Entladungszeit Tb abläuft (siehe 3).
Die
erste Zündentladung wird zu der gleichen Zeit gestoppt,
zu der die Bogenverlängerung zum Zeitpunkt t12' erfasst
wird. Dementsprechend kann die Wahrscheinlichkeit der Zündung
in dem Zustand, in dem die Bogenverlängerung auftritt,
verringert werden. Schließlich kann ein Auftreten der Verbrennungszustandsveränderung,
die sich aus dem Vorliegen/Nichtvorliegen des Auftretens der Bogenverlängerung
ergibt, unterbunden werden und kann die Schwankung des Abtriebsdrehmoments
unterbunden werden.
- (2) Die für die nächste Zündentladung
notwendige Aufladung wird zu der gleichen Zeit gestartet, zu der
die kriechende Entladung oder die Bogenverlängerung erfasst
wird.
Dementsprechend kann der Startzeitpunkt der nächsten
Aufladung vorgezogen werden. Das heißt, dass gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel der Startzeitpunkt der
nächsten Aufladung auf t12' (siehe 4) vorgezogen
werden kann, wohingegen der Startzeitpunkt der nächsten
Aufladung in dem Fall t12 ist, in dem die Zündentladung
durchgeführt wird, bis die Entladungszeit Tb abläuft
(siehe 3). Dementsprechend kann der nächste
Zündentladungszeitpunkt t13' vorgezogen werden und kann
der Zeitpunkt tz der Anormalzustandszündung vorgezogen
werden (siehe 4). Als Folge hiervon kann die
Abweichung (Differenz) zwischen dem Zeitpunkt tx der Normalzustandszündung
und dem Zeitpunkt tz der Anormalzustandszündung verringert
werden. Daher kann die Abtriebsdrehmomentsschwankung der Brennkraftmaschine
unterbunden werden, die sich aus der kriechenden Entladung oder der
Bogenverlängerung ergibt.
- (3) Wenn die Entladungsanormalität auftritt, erhöht
sich der Spitzenwert Ips des Sekundärstroms und wird die Änderungsgeschwindigkeit αs
des Anstiegs des Sekundärstroms auf den Spitzenwert steil,
die zu dem Startzeitpunkt der Zündentladung erscheint.
Unter Beachtung dieser Punkte wird die Entladungsanormalität
basierend auf dem Spitzenwert Ips und der Änderungsgeschwindigkeit αs
erfasst. Daher kann die Anormalitätserfassung auf einfache
Weise durchgeführt werden. Die Entladungsanormalität
kann auch basierend auf dem Spitzenwert Vp und der Haltespannung
Vh der Sekundärspannung erfasst werden. In diesem Fall
muss jedoch die Spannung zwischen den Elektroden der Zündkerze
als die Sekundärspannung abgefühlt werden und
wird ein den Funken begleitendes starkes Rauschen auf dem abgefühlten
Wert überlagert werden. Daher bestehen Bedenken dahingehend,
dass die Anormalitätserfassungsgenauigkeit verschlechtert
wird. In diesem Zusammenhang kann das vorliegende Ausführungsbeispiel,
das die Anormalitätserfassung basierend auf dem Sekundärstrom durchführt,
eine bessere Anormalitätserfassungsgenauigkeit als in dem
Fall bereitstellen, in dem die Anormalitätserfassung basierend
auf der Sekundärspannung durchgeführt wird.
- (4) Ursprünglich wird die Mehrfachentladung durchgeführt,
um die Bedenken zu beseitigen, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit
besteht, dass die Zündung bei einer nur einmaligen Zündentladung
fehlschlägt. Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Zündentladungsanzahl während der Mehrfachentladungsperiode derart
veränderlich eingestellt, dass die Zündentladungsanzahl,
nachdem die anormale Entladung erfasst ist, mit der vorbestimmten
Anzahl übereinstimmt. Daher kann die vorstehend beschriebene Wahrscheinlichkeit
des Zündungsfehlschlagens ausreichend verringert werden
und können die vorgenannten Bedenken auf geeignete Weise
beseitigt werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Als
nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Zündsteuersystem
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird auf eine Direkteinspritzung-Brennkraftmaschine mit Sprühlenkungssystem angewandt,
wie es gemäß 7 gezeigt
ist. Der Aufbau und die Steuerinhalte des Zündsteuersystems gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die gleichen wie
diejenigen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels.
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Das
Sprühlenkungssystem ist ein System, das die Einspritzvorrichtung
bzw. -düse 21 veranlasst, den Kraftstoff während
eines Verdichtungshubs einzuspritzen, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis
zu realisieren, das dünner ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis,
wenn die Einspritzvorrichtung 21 veranlasst wird, den Kraftstoff
direkt in einen Zylinder einzuspritzen. Das Sprühlenkungssystem führt
die Zündung durch, wenn der eingespritzte Kraftstoffsprühstoß (siehe
einen schraffierten Teil 21a gemäß 7)
nahe den Elektroden 15a, 15b der Zündkerze 15 (siehe 6)
vorbeizieht. Das Sprühlenkungssystem wird auf eine Brennkraftmaschine angewandt,
die eine Schichtladung-Magerverbrennung durchführen kann.
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Bei
der Brennkraftmaschine mit einem derartigen System sind die Elektroden 15a, 15b auf
einer Einspritztrajektorie bzw. -bahn 21a des Kraftstoffs
angeordnet. Wie es mit Bezug auf 6(b) vorstehend erwähnt
ist, wird daher der durch die normale Zündentladung erzeugte
(Licht-)Bogen bzw. Funkenüberschlag SF1 durch die Düsen-
bzw. Strahlströmung F beeinträchtigt, wodurch
die Bogenverlängerungen SP2, SP3, SP4 erzeugt werden. Da
die leitfähigen Substanzen wie etwa der durch die Verbrennung
erzeugte Kohlenstoff dazu tendieren, an der Zündkerze anzuhaften,
besteht eine Tendenz, dass die kriechende Entladung auftritt. Daher
kann das vorliegende Ausführungsbeispiel, das das Zündsteuersystem, das ähnlich
zu demjenigen des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels
ist, auf die Brennkraftmaschine anwendet, die dazu tendiert, die Bogenverlängerung
oder die kriechende Entladung zu verursachen, auf geeignete Weise
die verschiedenen Wirkungen ausüben, die bei der vorstehenden Beschreibung
des ersten Ausführungsbeispiels erläutert sind.
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Das
Zündsteuersystem gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel wird auf die Brennkraftmaschine angewandt,
die mit einem Lader bzw. Kompressor bzw. Vorverdichter 22 ausgerüstet
ist, der die Ansaugluft durch Verwendung von Abgas als eine Quelle
einer Antriebskraft auflädt bzw. vorverdichtet, wie es
gemäß 7 gezeigt ist. Bei einer solchen Brennkraftmaschine
besteht infolge eines Einflusses einer Strömung der aufgeladenen
Ansaugluft eine Tendenz, dass die Bogenverlängerungen SP2,
SP3, SP4 auftreten. Daher kann das vorliegende Ausführungsbeispiel,
das das Zündsteuersystem, das ähnlich zu demjenigen
des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels
ist, auf die Brennkraftmaschine anwendet, die dazu tendiert, die
Bogenverlängerung zu verursachen, auf geeignete Weise die verschiedenen
Wirkungen ausüben, die bei der vorstehenden Beschreibung
des ersten Ausführungsbeispiels erläutert sind.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Als
nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem vorstehend beschriebenen
zweiten Ausführungsbeispiel wird das Zündsteuersystem
auf die Brennkraftmaschine angewandt, bei der die Elektroden 15a, 15b der
Zündkerze 15 auf der Einspritztrajektorie bzw.
-bahn 21a des Kraftstoffs angeordnet sind. Im Gegensatz
dazu sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das
gemäß 8 gezeigt ist, die Elektroden 15a, 15b an
Positionen angeordnet, die von der Einspritztrajektorie bzw. -bahn 21a des Kraftstoffs
abweichen. Der Kraftstoff wird jedoch von der Einspritzvorrichtung 21 in
mehreren Sprühbildern bzw. -mustern 21b eingespritzt,
und die Elektroden 15a, 15b sind zwischen den
mehreren Sprühbildern bzw. -mustern 21b angeordnet. 8(b) ist eine Darstellung, die die Sprühbilder
bzw. -muster 21b und die Elektroden 15a, 15b gemäß 8(a) entlang einer Pfeilmarkierung VIIIB
zeigt.
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Auch
bei der Brennkraftmaschine mit einem derartigen Aufbau tendieren
die leitfähigen Substanzen wie etwa der während
der Verbrennung erzeugte Kohlenstoff dazu, an der Zündkerze
anzuhaften, weshalb eine Tendenz besteht, dass die kriechende Entladung
auftritt. Daher kann das vorliegende Ausführungsbeispiel,
das das Zündsteuersystem, das ähnlich zu demjenigen
des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels
ist, auf die Brennkraftmaschine anwendet, die dazu tendiert, die
kriechende Entladung zu verursachen, auf geeignete Weise die verschiedenen
Wirkungen ausüben, die bei der vorstehenden Beschreibung
des ersten Ausführungsbeispiels erläutert sind.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Als
nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Zündsteuersystem
gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
setzt das Transistorzündsystem ein, das die elektrische
Energie von der Energieversorgungsschaltung 11 an die Zündspule 10 liefert.
Im Gegensatz dazu setzt das vorliegende Ausführungsbeispiel,
das gemäß 9 gezeigt
ist, ein CDI-Zündsystem ein, das die elektrische Energie
von einer CDI-Schaltung (einer Zündschaltung kapazitiver
Entladung) und der Energieversorgungsschaltung 11 an die
Zündspule 10 liefert. Das heißt, dass
bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
der IGBT 13 (die Schaltvorrichtung) ein- und ausgeschaltet
wird, um die Zündspule 10 zu laden und zu entladen,
wodurch die Zündentladung an der Zündkerze 15 wiederholt
bewirkt und die Mehrfachentladung durchgeführt wird. Im
Gegensatz dazu werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Aufladung und eine Entladung einer Energiesammelspule 31 durch
Ein- und Ausschalten des IGBT 13 durchgeführt, wodurch
die Zündentladung an der Zündkerze 15 wiederholt
bewirkt und die Mehrfachentladung durchgeführt wird.
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Als
nächstes werden Unterschiede zwischen 9 und 1 erläutert.
Gemäß 9 ist eine CDI-Schaltung A an
der Primärspule 10a parallel zu der Energieversorgungsschaltung 11 angeschlossen.
Als die CDI-Schaltung A sind die Energiesammelspule 31 und
ein IGBT 32 in Reihe an der Batterie 12 angeschlossen.
Eine elektrische Energie wird in der Energiesammelspule 31 angesammelt,
wenn der IGBT 32 durch ein Ansteuersignal DS eingeschaltet ist.
Ein Kondensator 34 ist zwischen der Energiesammelspule 31 und
dem IGBT 32 über eine Diode 33 verbunden.
Der Kondensator 34 wird mit der in der Energiesammelspule 31 angesammelten
elektrischen Energie aufgeladen. Der Kondensator 34 ist mit
der Primärspule 10a verbunden.
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Eine
Diode 35 zum Verhindern einer Rückströmung
ist zwischen der Energieversorgungsschaltung 11 und der
Primärspule 10a eingefügt. Die Zener-Diode 16,
die gemäß 1 mit der
Sekundärspule 10b verbunden ist, ist beseitigt,
und die Sekundärspule 10b ist gemäß 9 für
die Stromerfassung mit dem Widerstand 17 verbunden.
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Bei
einem solchen Aufbau führt die Zündsteuerschaltung 14 eine
Ein-Aus-Steuerung des IGBT 32 durch. Ein Einschalten und
ein Ausschalten des IGBT 32 der CDI-Schaltung A wird umgekehrt
zu denjenigen des IGBT 13 gesteuert, der mit der Primärspule 10a verbunden
ist. Somit fließen, wenn der IGBT 13 und der IGBT 32 in
der Mehrfachentladungsperiode wiederholt ein- und ausgeschaltet
werden, positive und negative Sekundärströme I2
durch die Sekundärspule 10b und erfolgt sukzessiv
die Zündentladung an der Zündkerze 15.
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Auch
bei dem Zündsteuersystem mit einer derartigen CDI-Schaltung
werden die Wirkungen, die ähnlich zu denjenigen des vorstehend
beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels sind, durch Stoppen
der Zündentladung und Starten der für die nächste
Zündung notwendigen Aufladung, wenn die Entladungsanormalität
erfasst wird, während der Aufladung/Entladung der Zündspule 10 ausgeübt.
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(Weitere Ausführungsbeispiele)
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können
zum Beispiel wie folgt modifiziert und implementiert werden. Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Besondere Strukturen der
jeweiligen Ausführungsbeispiele können beliebig miteinander
kombiniert werden.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind derart
aufgebaut, dass der Sekundärstrom I2 von der Zündkerze 15 zu
der Sekundärspule 10b fließt. Alternativ
kann ein Aufbau eingesetzt werden, bei dem der Sekundärstrom
I2 von der Sekundärspule 10b zu der Zündkerze 15 fließt.
In diesem Fall sind die Signalverlaufsformen des Sekundärstroms
I2 und der Sekundärspannung V2, die gemäß 2 und 4 gezeigt
sind, in der vertikalen Richtung invertiert. Daher verringern sich
zum Beispiel, was den Sekundärstrom I2 betrifft, die Spitzenwerte Ips,
Ipt des Sekundärstroms I2 und verringern sich die Änderungsbeträge αs, αt
des Sekundärstroms I2, wenn die Entladungsanormalität
auftritt.
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Das
vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel führt
die Steuerung durch, um die Mehrfachentladung durchzuführen,
indem das Ansteuersignal IG jedes Mal dann zwischen dem H-Pegel
und dem L-Pegel umgeschaltet wird, wenn die Schaltzeiten Tb, Tc
ablaufen, wenn die Entladungsanormalität nicht auftritt.
Alternativ kann die Steuerung zum Beispiel wie folgt durchgeführt
werden. Das heißt, dass zu einem Zeitpunkt, zu dem eine
Erhöhung des Werts des Sekundärstroms I2, der
sich infolge der Zündentladung verringert hat, auf einen
voreingestellten Abschneidestromwert Ic erfasst wird, die Entladung
der Zündspule 10 abgeschnitten und auf die Aufladung
umgeschaltet wird. Dann wird die Zündspule 10 zum
Zeitpunkt t13, zu dem die Schaltzeit Tc nach dem Start der Aufladung
abläuft, von der Aufladung auf die Entladung umgeschaltet.
In diesem Fall weist die Entladungsperiode eine gemäß 3 durch
Tb' gezeigte Länge auf.
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Das
vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel ist so
aufgebaut, dass die Batterie 12 als die Energiequelle verwendet
wird und die Aufladung der Primärspule 10a sowie
der Energiesammelspule 31 unter Verwendung der Energiezufuhr
bzw. -versorgung von der Batterie 12 durchgeführt
wird. Dieser Aufbau kann geändert werden. Falls zum Beispiel
als eine Energiezufuhr bzw. -versorgung ein Energiegenerator bzw.
eine Lichtmaschine bereitgestellt ist, der/die aus einem Wechselstromgenerator, einem
Regler und dergleichen besteht, kann die Aufladung der Primärspule 10a und
der Energiesammelspule 31 mit einer elektrischen Energie
durchgeführt werden, die von dem Energiegenerator bzw.
der Lichtmaschine erzeugt wird.
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Die
vorliegende Erfindung soll nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt sein, sondern kann in vielen anderen Weisen
implementiert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen,
wie er durch die anhängenden Patentansprüche definiert
ist.
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Eine
Zündsteuervorrichtung einer Brennkraftmaschine steuert
einen Betrieb einer Zündvorrichtung, um eine Mehrfachentladung
des mehrmaligen Durchführens einer Zündentladung
während eines einzigen Arbeitstakts der Brennkraftmaschine durchzuführen.
Die Zündsteuervorrichtung umfasst eine Anormalitätserfassungsvorrichtung
(S20, S30) zum Erfassen eines Auftretens einer Entladungsanormalität
wie etwa einer kriechenden Entladung oder einer Bogenverlängerung
basierend auf einem Sekundärstrom, der zwischen Elektroden
(15a, 15b) einer Zündkerze (15)
fließt, oder einer Sekundärspannung zwischen den
Elektroden (15a, 15b) der Zündkerze (15).
Wenn die Entladungsanormalität erfasst wird, steuert die
Zündsteuervorrichtung den Betrieb der Zündvorrichtung,
um die Zündentladung entsprechend der Entladungsanormalität
unverzüglich zu stoppen und eine Aufladung einer für
eine nächste Zündentladung notwendigen elektrischen Energie
unverzüglich zu starten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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