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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ionenstromerfassungsvorrichtung
für eine
innere Verbrennungskraftmaschine, welche zur Erfassung zumindest
des Auftretens einer Fehlzündung,
eines Klopfens oder ähnlichem
durch die Erfassung einer Änderung
der Menge der Ionen fähig
ist, welche durch die Verbrennung von einem Kraftstoffluftgemisch
in der inneren Verbrennungskraftmaschine erzeugt werden.
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Es
ist allgemein bekannt, dass Ionen erzeugt werden, wenn ein Kraftstoffluftgemisch
verbrannt wird oder in Zylindern einer inneren Verbrennungskraftmaschine
entzündet
wird. Somit können
unter Verwendung eines Fühlers,
welcher in jedem Zylinder angeordnet ist und mit einer Hochspannung
als Vorspannung vorgesehen ist, die Ionen als ionischer Strom beobachtet
bzw. erfasst werden, welche dadurch erzeugt werden. Wenn zusätzlich ein
Klopfen in der inneren Verbrennungskraftmaschine auftritt, ist eine Vibrationskomponente
des Klopfens auf dem ionischen Strom überlagert, so dass das Auftreten
des Klopfens durch Extraktion dieser Vibrationskomponente erfasst
werden kann (beispielsweise aus einem ersten Patentdokument zu sehen:
japanische offengelegte Patentschrift Nr. 2001-140740).
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Jedoch
sind in der Vergangenheit die Zündspulen
beispielsweise in einem Reihen-Vierzylinder die zentrale Achse von
jeder Zündspule
derart angeordnet worden, dass diese die gleiche Richtung aufweist,
in welche die zentralen Achsen der angrenzenden Zündspulen
angeordnet sind, und wobei die Zündspulen
im Hinblick aufeinander durch die Verwendung eines Halters oder ähnlichem
fixiert sind und daraufhin an dem Motor angebracht werden.
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Wenn
daher eine Zündspule
für einen
Zylinder, welcher nicht dem gegenwärtig befeuerten Zylinder entspricht,
oder eine Zündspule
für den
als nächstes
zu befeuernden Zylinder für
die Energieversorgung gestartet wird, wird ein falscher ionischer Strom
in dem gegenwärtig
befeuerten Zylinder erzeugt, für
welchen nun ein ionischer Strom erfasst wird, wobei angezeigt wird,
ob die Verbrennung oder das Klopfen in dem gegenwärtig befeuerten
Zylinder stattgefunden hat. Als Folge davon tritt ein Problem auf,
dass ein falsches Klopfkomponentensignal aufgrund eines derartigen
falschen ionischen Stroms erzeugt wird, welcher somit erfasst wird,
und folglich wird aufgrund des falschen Klopfimpulses zu dieser Zeit
ein fehlerhafter Verbrennungsimpuls erzeugt, was zu einer nicht
korrekten Verbrennungserfassung oder einer nicht korrekten Klopferfassung
führt.
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Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt, das vorstehend erwähnte Problem
zu lösen,
und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Ionenstromerfassungsvorrichtung
für eine
innere Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welche eine derartige
Anordnung und Konstruktion von Zündspulen
aufweist, dass kein falscher ionischer Strom und somit kein falsches
Klopfkomponentensignal erzeugt wird, wobei es somit möglich wird,
eine nicht korrekte Verbrennungserfassung oder eine nicht korrekte
Klopferfassung zu verhindern und die Erfassungsgenauigkeit ebenso
zu verbessern.
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Im
Hinblick auf das Vorstehende liegt die Erfindung in einer Ionenstromerfassungsvorrichtung
für eine
innere Verbrennungskraftmaschine, welche zur Erfassung eines ionischen
Stroms fähig
ist, welcher in Zündkerzen
erzeugt wird, die mit sekundären
Seiten von einer Vielzahl von entsprechenden Zündspulen verbunden sind, wobei
jede davon eine Zündungshochspannung
unmittelbar nach dem Befeuern eines Luftkraftstoffgemisches in einer
entsprechenden Verbrennungskammer der inneren Verbrennungskraftmaschine
erzeugt. Die Vielzahl von Zündspulen
sind derart angeordnet, dass zumindest die Richtungen der angrenzenden
Zündspulen
nicht miteinander zusammenfallen.
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Die
vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden für
den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1(A) bis 1(D) sind Ansichten, welche die Anordnung
und Konstruktion von Zündspulen
in einer Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine innere Verbrennungskraftmaschine
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen.
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2 ist eine Ansicht, welche
ein Beispiel darstellt, in dem die Zündspulen der Ionenstromerfassungsvorrichtung
für eine
innere Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung an dem Motor installiert sind.
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3 ist eine Ansicht, welche
die Erzeugung der elektromagnetischen Induktion gemäß der Zündspulenanordnung
eines herkömmlichen
Beispiels darstellt, welches verwendet wird, um den operationalen
Effekt bei der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
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4(A) bis 4(J) sind Zeitabfolgediagramme, welche
den Betrieb der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Betrieb des herkömmlichen
Beispiels darstellen.
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5 ist eine Ansicht, welche
ein Beispiel darstellt, in welchem Zündspulen in einer Ionenstromerfassungsvorrichtung
für eine
innere Verbrennungskraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung an dem Motor installiert sind.
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6 ist ein Schaltkreisdiagramm,
welches eine herkömmliche
Klopferfassungsvorrichtung darstellt (offengelegtes japanisches
Patent Nr. 2001-140740, auf welche die Anordnungskonstruktion der
Zündspulen
und auch die Installationskonstruktion davon auf einen Motor gemäß der ersten
und zweiten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung aufgebracht sind.
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7 ist ein Blockdiagramm,
welches im Detail einen Klopferfassungsschaltkreis 4 von 6 darstellt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
werden die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, wobei auf die
beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird.
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Ausführungsform 1
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Die 1(A) bis 1(D) sind erläuternde Darstellungen, welche
die Anordnungskonstruktion der Zündspulen
in einer Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine innere Verbrennungskraftmaschine
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen. Insbesondere zeigen diese
Figuren die Anordnung und Konstruktion der Zündspulen in einem Reihen-Vierzylindermotor.
Das heißt, dass
diese Figuren sequentiell die Richtungen der zentralen Achsen der
Zündspulen 21 bis 24 für einen ersten
Zylinder, einen zweiten Zylinder, einen dritten Zylinder und einen
vierten Zylinder anzeigen, und wobei diese Zündspulen derart angeordnet
sind, dass die zentralen Achsen der angrenzenden Zündspulen
nicht miteinander zusammenfallen bzw. nicht miteinander übereinstimmen.
Ausgefüllte
Punktmarkierungen zeigen die Richtungen der entsprechenden Zündspulen
an, welche anzuordnen sind und wobei diese entsprechenden Zündspulen 21 bis 24 in eine
Kopfabdeckung 30 mit deren Montagerichtungen fest eingepasst
sind, die den Richtungen der gefüllten
Kreismarkierungen entsprechen, wie in den 1(A) bis 1(D) gezeigt,
und wobei diese an einem Motor 40 durch die Kopfabdeckung 30 installiert
sind, wie in 2 gezeigt.
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Durch
Anordnung der Zündspulen 21 bis 24 in
dieser Art und Weise ist es möglich,
den Einfluss von jedem der magnetischen Felder 21a bis 24a zu vermindern,
welche durch die entsprechenden Zündspulen 21 bis 24 an
den angrenzenden Zündspulen erzeugt
werden, wie in den 1(A) bis 1(D) gezeigt. Daher wird
kein ionischer Strom erzeugt, wobei als Folge davon kein falsches
ionisches Stromsignal erfasst wird und somit ein Klopfkomponentensignal
lediglich einen regulären
oder wahren Klopfimpuls enthält.
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Im
Nachfolgenden wird der Betrieb und der Effekt der ersten Ausführungsform
mit Bezug auf 3 gezeigt,
welche die Erzeugung von elektromagnetischer Induktion aufgrund
der Anordnung von Zündspulen
in einem herkömmlichen
Beispiel darstellt, und wobei auch die 4(A) bis 4(J) Zeitabfolgediagramme
darstellen, in welchen der Betrieb des herkömmlichen Beispiels mit demjenigen
der ersten Ausführungsform
verglichen ist.
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Beispielsweise
wird bei einem Reihen-Vierzylindermotor ein Zündsignal zu einer Zündspule 21 für den ersten
Zylinder zugeführt,
um dessen Energieversorgung zu starten (siehe 4(a)). Daraufhin wird ein Zündsignal
zu einer Zündspule 2X für einen der
anderen Zylinder zugeführt
(d.h. den zweiten bis vierten Zylinder), um dessen Energieversorgung
zu starten (siehe 4(B).
In diesem Fall, wenn ein ionischer Strom mit einer Anordnung der
entsprechenden Zündspulen
erfasst wird, in welchen die Richtungen der Zündspulen miteinander in der
gleichen Richtung zusammenfallen, wie bei dem herkömmlichen
Beispiel, wird die Zündspule 21 des
ersten Zylinders durch ein magnetisches Feld 2Xa beeinflusst, welches
erzeugt wird, wenn die Energieversorgung der Zündspule 2X eines anderen
Zylinders gestartet wird (d.h. einem der ersten bis vierten Zylinder),
wie in 3 gezeigt. Als
Folge davon enthält
der somit erfasste ionische Strom zusätzlich zu einem ionischen Strom,
welcher durch die Vibrationskomponente des Klopfens überlagert
wird, einen falschen ionischen Strom If mit einer Höhe, welche
einen Verbrennungsimpulsschwellenwert überschreitet, der in einer
Richtung induziert wird, die in 4C unter dem
Einfluss des magnetischen Feldes 2Xa angezeigt wird (siehe 4(C)).
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Darüber hinaus
kann eine Abfolge von Verbrennungsimpulsen einen falschen Impuls
aufgrund dieses falschen ionischen Stroms If zusätzlich zu einem regulären oder
wahren Verbrennungsimpuls enthalten (siehe 4(D)). Das Klopfkomponentensignal kann
einen Klopferfassungsschwellenwert in einem großen Ausmaß überschreiten (siehe 4(E)). Zu dieser Zeit enthält eine
Abfolge der Klopfimpulse einen Fehlerimpuls zusätzlich zu den regulären oder
wahren Klopfimpulsen (siehe 4(F)).
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Dementsprechend
sind die Zündspulen 21 bis 24 in
die Kopfabdeckung 30 fest eingepasst und an dem Motor 40 durch
die Kopfabdeckung 30 installiert, wie in 2 gezeigt, wobei die Richtungen der zentralen
Achsen der angrenzenden Zündspulen nicht
miteinander übereinstimmen,
wie in den
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1(A) bis 1(D) gezeigt. Als Folge davon ist es
möglich,
den Einfluss zu vermindern, welcher durch die magnetischen Felder 21a bis 24a ausgeübt wird,
die in den entsprechenden Zündspulen 21 bis 24 an
den angrenzenden Zündspulen
erzeugt werden. Daher wird kein falscher ionischer Strom If erzeugt,
und somit wird ein ionischer Strom erzeugt, wie in 4(G) gezeigt, wobei als Folge davon der Verbrennungsimpuls
lediglich einen regulären
oder wahren Verbrennungsimpuls enthält, wie in 4(A) gezeigt, so dass kein falsches ionisches
Stromsignal erfasst werden kann. Somit wird das Klopfkomponentensignal
dasjenige, welches in 4(E) gezeigt ist,
und es weist nur einen regulären
oder wahren Klopfimpuls auf, wie in 4(J) gezeigt.
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Daher
wird gemäß der ersten
Ausführungsform
durch Anordnung der Vielzahl von Zündspulen in der Art und Weise,
dass zumindest die Richtungen der zentralen Achsen der aneinander
angrenzenden Zündspulen
nicht miteinander zusammenfallen, kein falscher ionischer Strom
erzeugt, wobei als Folge davon jegliches falsches Klopfimpulssignal
auch nicht erzeugt wird, und somit eine nicht korrekte Verbrennungserfassung
oder eine nicht korrekte Klopferfassung vermieden werden kann, wobei
es somit möglich
wird, die Erfassungsgenauigkeit eines ionischen Stromes zu verbessern.
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Ausführungsform 2
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Um
die Anordnung der vorstehend erwähnten
Zündspulen 21 bis 24 zu
halten, wenn diese an dem Motor angebracht werden, werden die Zündspulen 21 bis 24 gegenseitig
miteinander unter Verwendung einer Fixierung in Form eines Halters 50 fixiert, welcher
Anordnungspositionen für
die Zündspulen 21 bis 24 aufweist,
welche gemäß dessen
Montagerichtungen vorbestimmt sind. Als Folge davon können die
Zündspulen 21 bis 24 an
dem Motor zu jeder Zeit installiert werden, wobei die beabsichtigte
Anordnung durch die vorstehend erwähnte erste Ausführungsform
installiert werden, d.h. die Anordnung, bei der die Richtungen der
Zündspulen
bei angrenzenden Zündspulen
nicht miteinander übereinstimmt.
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Hierzu
ist zu erwähnen,
dass bei dieser zweiten Ausführungsform
die Zündspulen,
welche bei dem Reihen-Vierzylindermotor
direkt angebracht sind, beschrieben worden sind, wobei jedoch ähnliche
Effekte mit jeglichem Motor erzielt werden können, welcher eine Vielzahl
von Zündspulen verwendet,
wobei die Art des Motors, die Anordnung der Positionen der Zündspulen
usw. nicht wesentlich ist.
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6 ist ein Schaltkreisdiagramm,
welches eine herkömmliche
Klopferfassungsvorrichtung darstellt (beispielsweise die offengelegte
japanische Patentschrift Nr. 2001-140740), auf welche die Anordnungskonstruktion
der Zündspulen
und die Installationskonstruktion davon an dem Motor bei den vorstehend
erwähnten
ersten und zweiten Ausführungsformen
aufgebracht werden. Als erstes ist bei dem Schaltkreisdiagramm eine
Zündkerze 1 als
ein Erfassungsfühler
zur Erfassung eines ionischen Stroms verwendet worden. Eine Hochspannung
(Vorspannung) wird auf ein Vorspannungsteil 3 zur Erfassung eines
ionischen Stroms unter Verwendung einer zweiten Spannung einer Zündspule 2 beaufschlagt. Wenn
der Ausstoß für die Zündung beendet
ist, ist die Vorspannung, welche somit während der Ausström- oder
Leitungsperiode beaufschlagt worden ist, auf ein Ende der Zündkerze 1 aufgebracht,
so dass ein Ionenstrom dabei erfasst wird. Bei dieser Vorrichtung
bildet ein Klopferfassungsschaltkreis 4 die Wellenform
einer Vibrationskomponente, welche von dem ionischen Strom in eine
Impulswellenform auf der Basis eines vorbestimmten Schwellenwerts
extrahiert wird. Eine Variation in der Anzahl der Impulse der Impulswellenform
wird arithmetisch durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) 5 fortgesetzt,
wobei als Folge davon die Zündabfolge
justiert wird, um die Erzeugung eines Klopfens zu unterdrücken.
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Zusätzlich zeigt 7 ein Blockdiagramm, welches
die Einzelheiten des vorstehend erwähnten Klopferfassungsschaltkreises 4 darstellt.
Wenn ein ionischer Strom zu einem Stromverteiler 6 unter
der Wirkung einer Hochspannung eingegeben wird, welche durch das
Vorspannungsteil 4 aufgebracht wird, wird der ionische
Strom durch den Stromverteiler 6 zu einem Bandpassfilter
(BPF) 7 verteilt, welcher dazu dient, eine Klopfvibrationskomponente
zu extrahieren, und wobei der ionische Strom zu einem Verbrennungserfassungsvergleichsteil 8 eingegeben wird,
welches dazu dient, eine Verbrennungserfassung vorzunehmen. Wenn
der ionische Strom größer ist
als ein vorgeschriebener Schwellenwert 8a, nimmt das Vergleichsteil 8 eine
Bestimmung bzw. Erfassung vor, dass die Verbrennung stattgefunden
hat, und gibt einen Verbrennungsimpuls zu der ECU 5 aus,
wo es möglich
ist, das Vorhandensein der Verbrennung oder der Fehlzündung aufgrund
dieses Impulses zu bestimmen.
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Ebenso
wird die Klopfvibrationskomponente durch einen Verstärker 9 verstärkt, nachdem
diese von dem BPF 7 extrahiert worden ist. Wenn die somit verstärkte Vibrationskomponente
größer als
ein vorbeschriebener Schwellenwert 10a ist, nimmt ein Klopferfassungsvergleichsteil 10 eine
Bestimmung bzw. Erfassung vor, dass das Klopfen stattgefunden hat,
und gibt einen Klopfimpuls zu der ECU 5 über ein Ausgabeteil 11 aus.
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Wie
im Vorstehenden beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung
durch die Anordnung einer Vielzahl von Zündspulen in der Art und Weise,
dass zumindest die Richtungen der angrenzenden Zündspulen nicht miteinander übereinstimmen,
jede Zündspule
für einen
zu erfassenden Zylinder nicht dem Einfluss der elektromagnetischen
Induktion von den verbleibenden Zündspulen für die anderen Zylinder ausgesetzt,
so dass kein falscher ionischer Strom erzeugt wird. Folglich wird
ebenso kein falsches Klopfkomponentensignal erzeugt, und somit kann
eine nicht korrekte Verbrennungserfassung oder eine nicht korrekte
Klopferfassung nicht durchgeführt
werden, wobei es somit möglich
wird, die Erfassungsgenauigkeit eines ionischen Stroms zu verbessern.
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Obwohl
die Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden
ist, ist es für
den Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung mit Modifikationen
innerhalb des Rahmens bzw. Umfangs der beigefügten Ansprüche durchgeführt werden
kann.