DE102008033965B4

DE102008033965B4 - Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung

Info

Publication number: DE102008033965B4
Application number: DE102008033965.2A
Authority: DE
Inventors: Futoshi Aida; Yukio Yasuda; Yusuke Naruse
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-07-21
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2028-07-22
Also published as: US20090183719A1; US7581534B2; DE102008033965A1; JP4445021B2; JP2009174348A

Abstract

Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung, die eine Zündspule (1) mit einer Primärspule (2) und einer Sekundärspule (3) und ein Schaltelement (5) enthält, das eine Zündhochspannung über der Sekundärspule der Zündspule erzeugt, indem ein Primärspulenstrom der Zündspule fließt und unterbrochen wird, wobei die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung umfasst: eine Elektroniksteuereinheit, ECU, (200) mit einem Pulserzeugungs-Schaltkreis (201), der eine Spulentreiber-Eingangssignalleitung mit einem Einzelpulssignal, das eine extrem kurze Dauer hat, oder einer Vielzahl von Pulssignalen als ein Erregungsstartsignal (Igt1) oder ein Entregungssignal (Igt2) beliefert; einen Pulserfassungs-Schaltkreis (7), der das Erregungsstartsignal (Igt1) und das Entregungssignal (Igt2) speichert, der das Einzelpulssignal oder die Vielzahl von Pulssignalen, die mittels der Spulentreiber-Eingangssignalleitung von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis (201) empfangen sind, als das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal erkennt, und der ein Zündsignal an das Schaltelement (5) liefert; einen Ionen-Vorspannungsschaltkreis (8), der mit einer Niederspannungsseite der Sekundärspule (3) verbunden ist und einen Ionenstrom erzeugt; einen Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis (9), der einen durch die Sekundärspule (3) fließenden Ionenstrom erfasst; einen Ionenstrom-Ausgabeschaltkreis (10), der ein Ionensignal bei der Spulentreiber-Eingangssignalleitung auf Grundlage eines Ausgangssignals des Ionenstrom-Erfassungsschaltkreises (9) ausgibt; und einen Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis (300), der in der ECU (200) enthalten ist und der ein Ausgangssignal des Ionenstrom-Ausgabeschaltkreises (10) erfasst und steuert, wobei, zu einem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis (201) weder das Erregungsstartsignal (Igt1) noch das Entregungssignal (Igt2) ausgibt, der Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis (300) eine Eingangsspannung (Igt) eines Spulentreibers (400) auf einen hohen Pegel setzt, und bei einem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis (201) das Erregungsstartsignal (Igt1) oder das Entregungssignal (Igt2) ausgibt, die Eingangsspannung (Igt) des Spulentreibers (400) für eine extrem kurze Zeit von dem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel abgesenkt wird, so dass der Pulserfassungs-Schaltkreis (7) die Änderung in der Eingangsspannung (Igt) als das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal erkennt und ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung, die beispielsweise an einem Fahrzeug angebracht ist, und im Besonderen eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung, die eine Zündhochspannung über der Sekundärspule einer Zündspule erzeugt, indem ein elektrischer Strom für die Primärspule der Zündspule mittels Verwendung eines Schaltelementes fließt und unterbrochen wird.
Beschreibung des Standes der Technik
In einer konventionellen Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung werden ein Ionensignal und ein Zündungssignal gemultiplext und auf einer Spulentreiber-Eingangssignalleitung ausgegeben, und in dem Fall, dass das Ionensignal ausgegeben wird, wird eine Maskierung durchgeführt, so dass das Schaltelement nicht anschaltet (siehe beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2004-156608 , Seiten 17 und 18, 49 und 50).
Bei der konventionellen Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gab es ein Problem, wenn das Ionensignal und das Zündsignal bei der Spulentreiber-Eingangssignalleitung ausgegeben werden, dass bei dem Fall, wo die Innenseite des Motorraums eine hohe Temperatur annimmt, was eine Frühzündung verursacht, oder ein Glimmen um die Zündkerze herum auftritt, was Ruß zwischen den Elektroden produziert, was ein Fließen eines elektrischen Stroms verursacht, und ein konstantes Fließen eines Pseudo-Ionenstroms verursacht, es erforderlich ist, dass der Dynamikbereich der Eingangsspannung breit festgelegt sein muss, um den Ionenstrom selbst zu dem Zeitverhältnis bzw. Timing zu erfassen, wenn das Zündsignal geliefert wird; als ein Ergebnis wird das Schaltkreisausmaß der ECU (Electronic Control Unit bzw. Elektroniksteuereinheit) groß, wodurch ein Kostenanstieg verursacht wird.
Darüber hinaus hat es bei dem Fall, dass ein gewisser Faktor, wie beispielsweise eine Unterbrechung des Primärspulenstroms, eine Differenz zwischen dem Massepotential für die ECU und dem Massepotential für den Spulentreiber verursacht, ein Problem gegeben, dass das Ionensignal nicht akkurat an die ECU transferiert werden kann.
Die prioritätsältere, nachveröffentlichte DE 10 2007 025 427 A1 beschreibt eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Wellenform-Formungsschaltung zum Formen einer Wellenform eines Zündsignals, das von außen in die Zündvorrichtung über eine Signalleitung eingegeben wird, um ein so erhaltenes Leitungssignal zum Schaltelement der Zündvorrichtung zuzuführen. In dieser Entgegenhaltung ist nicht beschrieben, ein Erregungsstartsignal in Form eines Pulssignals oder ein Entregungssignal in Form eines Pulssignals zu liefern und den Start der Erregung der Zündspule und die Entregung mit Hilfe von solchen Pulssignalen zu steuern. Es ist kein Pulserfassungs-Schaltkreis vorgesehen, der das Erregungsstartsignal und das Entregungssignal speichert.
Aus US 2007/0252744 A1 ist ein A/D-Wandler und eine elektronische Steuervorrichtung mit einem solchen A/D-Wandler bekannt. Auch die Entgegenhaltungen DE 10 2006 023 500 A1 und US 2004/0084021 A1 zeigen Zündvorrichtungen für einen Verbrennungsmotor, die einen Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung, die den Ionenstrom selbst zu dem Zeitverhältnis sicher erfassen kann, wenn das Ionensignal geliefert wird, und die die Funktionalität des Zündsystems mittels Vergrößern der Region, in der der Ionenstrom erfasst werden kann, bei niedrigen Kosten verbessern kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst wie in den Ansprüchen 1 und 7 jeweils angegeben. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Zündspule mit einer Primärspule und einer Sekundärspule und ein Schaltelement, das eine Zündhochspannung über der Sekundärspule der Zündspule mittels Fließen und Unterbrechen eines Primärspulenstroms der Zündspule erzeugt; wobei die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung ferner eine ECU (Electronic Control Unit bzw. Elektroniksteuereinheit) mit einem Pulserzeugungs-Schaltkreis, der eine Spulentreiber-Eingangssignalleitung mit einem Einzelpulssignal, das eine extrem kurze Dauer hat, oder einer Vielzahl von Pulssignalen als ein Erregungsstartsignal Igt1 oder ein Entregungssignal Igt2 beliefert; einen Pulserfassungs-Schaltkreis, der das Erregungsstartsignal und das Entregungssignal speichert, der das Einzelpulssignal oder die Vielzahl von Pulssignalen, die mittels der Spulentreiber-Eingangssignalleitung von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis empfangen sind, als das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal erkennt, und der ein Zündsignal an das Schaltelement liefert; einen Ionen-Vorspannungsschaltkreis bzw. Ionen-Bias-Schaltkreis, der mit einer Niederspannungsseite der Sekundärspule verbunden ist und einen Ionenstrom erzeugt; einen Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis, der einen durch die Sekundärspule fließenden Ionenstrom erfasst; einen Ionenstrom-Ausgabeschaltkreis, der ein Ionensignal bei der Spulentreiber-Eingangssignalleitung auf Grundlage eines Ausgangssignals des Ionenstrom-Erfassungsschaltkreises ausgibt; und einen Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis enthält, der in der ECU enthalten ist und der ein Ausgangssignal des Ionenstrom-Ausgabeschaltkreises erfasst und steuert. Die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass bei einem Zeitverhältnis bzw. Timing, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis weder das Erregungsstartsignal noch das Entregungssignal ausgibt, der Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis eine Eingangsspannung Igt eines Spulentreibers auf einen hohen Pegel setzt, und bei einem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal ausgibt, die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers für eine extrem kurze Zeit von dem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel abgesenkt wird, so dass der Pulserfassungs-Schaltkreis die Änderung in der Eingangsspannung Igt als das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal erkennt und ein Zündsignal an das Schaltelement liefert, und derart, dass bei einem Zeitverhältnis außer dem Zeitverhältnis, wenn das Erregungsstartsignal und das Entregungssignal an den Pulserfassungs-Schaltkreis geliefert werden, der Ionenstrom-Ausgabeschaltkreis ein Ionensignal bei der Spulentreiber-Eingangssignalleitung auf Grundlage eines durch den Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis erfassten Ionenstroms ausgibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung erhalten werden, bei der selbst in dem Fall, dass das Zündsignal geliefert wird, wenn das Innere des Motorraums eine hohe Temperatur annimmt, wodurch eine Frühzündung verursacht wird, oder ein Glimmen um die Zündkerze herum Ruß oder dergleichen in dem Raum zwischen den Elektroden verursacht, wodurch ein Fließen eines elektrischen Leckstroms verursacht wird, wodurch ein Pseudo-Ionenstrom immer fließt, es nicht erforderlich ist, den Dynamikbereich der Eingangsspannung Igt breit zu machen, ein Ionenstrom akkurat durch ein 5-Volt-System erfasst werden kann, und bei niedrigen Kosten eine Ionenstrom-Erfassungsregion vergrößert wird, und die Funktionalität des Zündsystems verbessert wird.
Bei dem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis weder das Erregungsstartsignal noch das Entregungssignal ausgibt, wird die Eingangsspannung Igt des Zündtreibers auf einen hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) gesetzt, so dass das Ionensignal an die ECU selbst bei dem Fall akkurat transferiert werden kann, dass eine Differenz zwischen dem Massepotential für die ECU und dem Massepotential für den Spulentreiber verursacht wird, beispielsweise bei dem Zeitverhältnis bzw. Timing einer Unterbrechung des Primärspulenstroms.
Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Hauptteile einer Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein detailliertes Schaltkreisdiagramm einer Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms, das Wellenformen bei vielfältigen Betriebspunkten in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein Variantenbeispiel von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bei dem Fall veranschaulicht, dass ein Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis digitalisiert ist.
5 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms, das Wellenformen bei vielfältigen Betriebspunkten in Ausführungsform 1 bei dem Fall darstellt, dass ein Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis digitalisiert ist.
6 ist ein anderes Beispiel eines Zeitdiagramms, das Wellenformen bei vielfältigen Betriebspunkten in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein anderes Beispiel eins Zeitdiagramms, das Wellenformen bei vielfältigen Betriebspunkten in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist ein Satz von Diagrammen, die jeweils die Wellenform eines Pulssignals gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellen.
9 ist ein Satz von Diagrammen, die jeweils die Wellenform eines Pulssignals gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung darstellen.
10 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms, das Wellenformen bei vielfältigen Betriebspunkten in Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms, das Wellenformen bei vielfältigen Betriebspunkten in Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Hauptteile einer Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
13 ist ein detailliertes Schaltkreisdiagramm einer Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Zeitdiagramm, das Wellenformen bei vielfältigen Betriebspunkten in Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
Ausführungsform 1
1 und 2 sind Schaltkreis-Blockdiagramme, die eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulichen; 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Hauptteile von Ausführungsform 1 veranschaulicht; 2 ist ein detailliertes Schaltkreisdiagramm für die in 1 veranschaulichten Hauptteile. Zuerst werden die Hauptteile von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf 1 erläutert werden.
Wie in 1 veranschaulicht, ist die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit einer Zündspule 1, die eine Primärspule 2 und eine Sekundärspule 3 hat, einem Pulserzeugungs-Schaltkreis 201, der in einer Elektroniksteuereinheit (hier im Nachfolgenden auch als ECU bezeichnet) 200 aufgenommen ist und ein Erregungsstartsignal Igt1 und ein Entregungssignal Igt2 ausgibt, und einem NPN-Transistor 202 versehen, der die spätere Stufe mit einem Signal beliefert, auf Grundlage des Erregungsstartsignals Igt1 und des Entregungssignals Igt2, die durch den Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 ausgegeben werden. Außerdem ist die vorhergehende Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung mit einem Pulserfassungs-Schaltkreis 7, der das Erregungsstartsignal Igt1 und das Entregungssignal Igt2 speichert, ein Signal, das von dem Kollektor des NPN-Transistors 202 an den Pulserfassungs-Schaltkreis 7 mittels eines Widerstands 204 und einer Eingangsimpedanz 6 innerhalb eines Spulentreibers 400 geliefert ist, als das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 erkennt, und die spätere Stufe mit einem Zündsignal beliefert; einem Schaltelement 5, das auf Grundlage des Ausgangssignals des Pulserfassungs-Schaltkreises 7 einen Primärspulenstrom I1 für die Primärspule 2 der Zündspule fließen lässt und unterbricht, um eine Hochspannung, zum Zünden einer Zündkerze 4, über der Sekundärspule 3 der Zündspule 1 zu erzeugen; einem Ionen-Vorspannungsschaltkreis 8 zum Erzeugen eines Ionenstroms, der mit der Niederspannungsseite der Sekundärspule 3 verbunden ist; einem Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis 9, der einen nach der Ausführung einer Zündung erzeugten Ionenstrom erfasst und den Ionenstrom an die spätere Stufe ausgibt; einem Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10, der einen Ionenstrom auf Grundlage des Ausgangssignals des Ionenstrom-Erfassungsschaltkreises 9 ausgibt; und einem Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 versehen, der das Ausgangssignal des Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreises 10 erfasst und steuert.
Die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung ist derart konfiguriert, dass bei dem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 weder das Erregungsstartsignal Igt1 noch das Entregungssignal Igt2 ausgibt, der Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 innerhalb der ECU eine Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 400 auf einen hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) setzt, und dass bei dem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 ausgibt, der Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 für eine extrem kurze Zeit die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 400 von dem hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) auf einen niedrigen Pegel (0 V) setzt, so dass der Pulserfassungs-Schaltkreis 7 die Änderung in der Eingangsspannung Igt als das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 erkennt und ein Zündsignal an das Schaltelement 5 liefert, wodurch das Schaltelement 5 getrieben wird.
Der Pulserfassungs-Schaltkreis 7 ist ein Schaltkreis, in welchem das Erregungsstartsignal Igt1 und das Entregungssignal Igt2 gespeichert werden.
Der Ionen-Vorspannungsschaltkreis bzw. Ionen-Bias-Schaltkreis 8 ist ein Vorspannungs-Schaltkreis bzw. Bias-Schaltkreis, um einen Ionenstrom fließen zu lassen. Der Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis 9 beliefert den Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10 mit einem Ionenstrom. Der Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis 9 wird zu dem Zeitverhältnis aktiviert, wenn ein Ionenstrom fließt, und dann wird der Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10 aktiviert. Der Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10 extrahiert einen elektrischen Strom, der dem Ionenstrom äquivalent ist, von der ECU 200. Außerdem ist die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 400 zu diesem Zeitverhältnis durch die folgende Gleichung gegeben: Igt = die Spannung der internen Energiequelle der ECU 200 – (ION × den Widerstandswert eines Widerstands 203)
Als ein Ergebnis wird der Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 aktiviert und wird der Ionenstrom an den Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 transferiert.
Mittels Durchführen einer Analyse auf Grundlage des Ionenstroms wird die Zylinder-interne Verbrennungsbeschaffenheit festgestellt.
Als Nächstes wird die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 genauer mit Verweis auf 2 beschrieben werden. Dieselben Bezugszeichen wie die in 1 bezeichnen dieselben oder äquivalente Bestandselemente.
Wie in 2 veranschaulicht, enthält die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 die ECU 200, die Zündspule 1, den Pulserfassungs-Schaltkreis 7, das Schaltelement 5, den Ionen-Vorspannungsschaltkreis 8, den Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis 9 und den Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10. Die Zündspule 1 mit der Primärspule 2 und der Sekundärspule 3 ist mit einem Energiequellenanschluss Vb verbunden. Die Zündspule 4 ist mit der Hochspannungsseite der Sekundärspule 3 verbunden. Die ECU 200 hat den Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 und den Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300; der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 liefert an einen Eingangsanschluss 400a des Spulentreibers 400 das Erregungsstartsignal Igt1 und das Entregungssignal Igt2, die ein Einzelpuls mit einer extrem kurzen Dauer oder eine Vielzahl von Pulsen sind, mittels des NPN Transistors 202 und des Widerstands 204. Zusätzlich liefert der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 das Erregungsstartsignal Igt1 und das Entregungssignal Igt2 auch an den Gate-Anschluss eines später beschriebenen P-Kanal-MOSFET 302 in dem Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300.
Zu dem Zeitverhältnis, wenn weder das Erregungsstartsignal Igt1 noch das Entregungssignal Igt2 an den NPN-Transistor 202 und den P-Kanal-MOSFET 302 geliefert wird, wird die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 400 auf einen hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) gesetzt, und zu dem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 an den NPN-Transistor 202 und den P-Kanal-MOSFET 302 liefert, schaltet der NPN-Transistor 202 an und schaltet der P-Kanal-MOSFET 302 ab, wodurch für eine extrem kurze Zeit die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 400 von dem hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) auf einen niedrigen Pegel (0 V) abgesenkt wird, so dass ein Signal an den Pulserfassungs-Schaltkreis 7 geliefert wird.
Der Pulserfassungs-Schaltkreis 7 ist ein Schaltkreis, in welchem das Erregungsstartsignal Igt1 und das Entregungssignal Igt2 gespeichert werden; der Pulserfassungs-Schaltkreis 7 erkennt das von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 empfangene Signal als das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 und liefert ein Zündsignal an das Schaltelement 5 in der späteren Stufe, wodurch das Schaltelement 5 getrieben wird.
Das Schaltelement 5 ist beispielsweise ein IGBT (Insulated Gate Biplar Transistor bzw. Bipolar-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode); der Gate-Anschluss ist mit dem Pulserfassungs-Schaltkreis 7 verbunden, der Kollektor-Anschluss ist mit der Primärspule 2 der Zündspule 1 verbunden, und der Emitter-Anschluss ist mit dem Bezugspotentialpunkt GND verbunden. Der Ionen-Vorspannungsschaltkreis 8 ist mit der Niederspannungsseite der Sekundärspule 3 verbunden.
Der Ionen-Vorspannungsschaltkreis 8 ist derart konfiguriert, einen Ausgangsanschluss 8a und einen Eingangsanschluss 8b zu haben. Der Ausgangsanschluss 8a ist mit dem Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis 9 in der späteren Stufe verbunden, und der Eingangsanschluss 8b ist mit der Niederspannungsseite der Sekundärspule 3 verbunden.
Der Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis 9 ist mit dem Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10 und dem Ionen-Vorspannungsschaltkreis 8 verbunden.
Der Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10 ist derart konfiguriert, einen Ausgangsanschluss 10a und einen Eingangsanschluss 10b zu haben. Der Ausgangsanschluss 10a ist mit der Eingangsimpedanz 6 und dem Pulserfassungs-Schaltkreis 7 verbunden, und der Eingangsanschluss 10b ist mit dem Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis 9 verbunden.
Als Nächstes wird die innere Ausgestaltung des Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreises 300 erläutert werden. Der Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 ist mit einer internen Energiequelle 301, dem P-Kanal-MOSFET 302, einem Stromspiegelschaltkreis 305 mit PNP-Transistoren 303 und 304, Ionenstrom-Erfassungswiderstand 306 und einem Ionensignal-Steuerschaltkreis 309 ausgestaltet. Der Gate-Anschluss des P-Kanal-MOSFET 302 in dem Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 ist mit dem Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 verbunden; der Drain-Anschluss ist mit den Emitter-Anschlüssen der PNP-Transistoren 303 und 304 verbunden; der Source-Anschluss ist mit der internen Energiequelle 301 verbunden. Die interne Energiequelle 301 ist eine stabilisierte Energiequelle. Der Basis-Anschluss des PNP-Transistors 303 ist mit dem Basis-Anschluss des PNP-Transistors 304 verbunden, und der Kollektor-Anschluss des PNP-Transistors 303 ist mit dem Ionenstrom-Erfassungswiderstand 306 und dem Ionensignal-Steuerschaltkreis 309 verbunden. Der Basis-Anschluss des PNP-Transistors 304 ist mit dem Kollektor-Anschluss des PNP-Transistors 304 und dem Widerstand 203 verbunden. Der andere Anschluss des Ionenstrom-Erfassungswiderstands 306 ist mit der Masse GND verbunden.
3 ist ein Zeitdiagramm, das Wellenformen bei vielfältigen Punkten in Ausführungsform 1 darstellt; der Betrieb der in 2 veranschaulichten Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung wird mit Verweis auf das Zeitdiagramm erläutert werden.
Während der Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 beliefert der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 den NPN-Transistor 202 und den P-Kanal-MOSFET 302 mit dem Erregungsstartsignal Igt1 (hier als ein Einzelpuls dargestellt) mit einer extrem kurzen Dauer. Zu dem Zeitverhältnis, wenn weder das Erregungsstartsignal Igt1 noch das Entregungssignal Igt2 an den NPN-Transistor 202 und den P-Kanal-MOSFET 302 geliefert wird, wird die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 400 auf einen hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) gesetzt, und zu dem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 an den NPN-Transistor 202 und den P-Kanal-MOSFET 302 liefert, schaltet der NPN-Transistor 202 an und schaltet der P-Kanal-MOSFET 302 ab, wodurch für eine extrem kurze Zeit die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 400 von dem hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) auf einen niedrigen Pegel (0 V) abgesenkt wird, so dass ein Pulssignal an den Pulserfassungs-Schaltkreis 7 geliefert wird. Der Pulserfassungs-Schaltkreis 7 erkennt das von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 gelieferte Pulssignal als das Erregungsstartsignal Igt1 und liefert zu dem Zeitpunkt t2 ein Zündsignal an den Eingangsanschluss (der Gate-Anschluss in diesem Fall) des Schaltelementes 5 in der späteren Stufe, so dass das Schaltelement 5 anschaltet, worauf der Primärspulenstrom I1 startet, durch die Primärspule 2 der Zündspule 1 zu fließen.
Danach beliefert während der Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 den NPN-Transistor 202 und den P-Kanal-MOSFET 302 mit dem Entregungssignal Igt2 (hier als ein Einzelpuls dargestellt) mit einer extrem kurzen Dauer. Der Pulserfassungs-Schaltkreis 7 erkennt das von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 empfangene Pulssignal als das Entregungssignal Igt2 und unterbricht zu diesem Zeitpunkt t4 das Zündungssignal, das an das Schaltelement 5 in der späteren Stufe geliefert worden ist. Wenn aufgrund der Unterbrechung der Spannungsversorgung an den Eingangsanschluss (hier der Gate-Anschluss) des Schaltelementes 5 zu dem Zeitpunkt t4 das Schaltelement 5 abschaltet, wird der in der Primärspule 2 fließende Primärspulenstrom I1 unterbrochen, wodurch eine hohe Spannung bei dem Kollektor-Anschluss (hier als C dargestellt) des Schaltelementes 5 erzeugt wird.
Die Energie wird durch die Sekundärspule 3 umgewandelt, wodurch eine negative Spannung bei der Hochspannungsseite der Sekundärspule 3 induziert wird. Bei dieser Gelegenheit wird eine hohe Spannung an die Niederspannungsseite der Sekundärspule angelegt, und eine Spannung wird über einer Zener-Diode 83 durch eine Diode 81 angelegt, wodurch ein Kondensator 84 geladen wird. In dem Fall, dass die negative Spannung erzeugt wird, die groß genug zum Durchbrechen der Isolierung in dem Spalt der Zündkerze 4 ist, findet eine Entladung statt, und nach dem Zeitpunkt t4 fließt ein Sekundärspulenstrom von der Zündkerze 4 an die Masse GND mittels der Sekundärspule 3, der Diode 81 und der Zener-Diode 83.
Zu dem Zeitaugenblick t5, wenn die Entladung vollendet ist, bewirkt die über den Kondensator 84 geladene Spannung, dass ein Ionenstrom beginnt, durch die Sekundärspule 3 durch die Zwischenschaltung eines Widerstands 82 zu fließen. Der Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis 9 wird bei diesem Zeitaugenblick aktiviert, und dann wird der Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10 aktiviert. Ein N-Kanal-MOSFET 101 in dem Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10 extrahiert einen Drain-Strom, entsprechend dem Ionenstrom, der durch einen N-Kanal-MOSFET 102 fließt, von dem Stromspiegelschaltkreis 305 in dem Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300.
Als ein Ergebnis wird der Stromspiegelschaltkreis 305 in dem Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 aktiviert, und der Kollektor-Strom, entsprechend dem Ionenstrom, der durch den PNP-Transistor 304 fließt, fließt durch den PNP-Transistor 303 in dem Stromspiegelschaltkreis 305. Der ausgegebene Strom wird in eine Spannung durch den Ionenstrom-Erfassungswiderstand 306 umgewandelt und als ein Analogsignal an den Ionensignal-Steuerschaltkreis 309 transferiert.
Außerdem kann in der vorhergehenden Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 mittels Ersetzen des Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreises 300 durch einen Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis (Digitaltyp) 300', der in 4 veranschaulicht ist, die Erfassung und Steuerung eines Ionenstroms digital durchgeführt werden.
Der Digitaltyp-Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300' wird erläutert werden.
In 4 ist der Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis (Digitaltyp) 300' mit der internen Energiequelle 301, dem P-Kanal-MOSFET 302, dem Stromspiegelschaltkreis 305 mit den PNP-Transistoren 303 und 304, dem Ionenstrom-Erfassungswiderstand 306, einem Komparator-Schaltkreis 307, einer Bezugsspannung 308 und dem Ionensignal-Steuerschaltkreis 309 ausgestaltet. Der Gate-Anschluss des P-Kanal-MOSFET 302 ist mit einem nicht veranschaulichten Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 verbunden; der Drain-Anschluss ist mit den Emitter-Anschlüssen der PNP-Transistoren 303 und 304 verbunden; der Source-Anschluss ist mit der internen Energiequelle 301 verbunden. Die interne Energiequelle 301 ist eine stabilisierte Energiequelle. Der Basis-Anschluss des PNP-Transistors 303 ist mit dem Basis-Anschluss des PNP-Transistors 304 verbunden, und der Kollektor-Anschluss des PNP-Transistors 303 ist mit dem Ionenstrom-Erfassungswiderstand 306 verbunden. Der Basis-Anschluss des PNP-Transistors 304 ist mit dem Kollektor-Anschluss des PNP-Transistors 304 und dem Widerstand 203 verbunden. Der andere Anschluss des Ionenstrom-Erfassungswiderstands 306 ist mit der Masse GND verbunden. Der Eingangsanschluss (+) des Komparator-Schaltkreises 307 ist mit dem Ionenstrom-Erfassungswiderstand 306 verbunden; der Eingangsanschluss (–) ist mit der Bezugsspannung (Vth) 308 verbunden; der Ausgangsanschluss des Komparator-Schaltkreises 307 ist mit dem Ionensignal-Steuerschaltkreis 309 verbunden.
5 ist ein Zeitdiagramm, das Wellenformen bei vielfältigen Punkten in dem Fall darstellt, dass der Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 durch den Digitaltyp-Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 300 ersetzt ist. Während der Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t5 und t6, in der das Analogsignal, das mittels Umwandeln eines Ionenstroms in eine Spannung durch den Ionenstrom-Erfassungswiderstand 306 erhalten ist, die Bezugsspannung (Vth) 308 überschreitet, gibt der Komparator-Schaltkreis 307 einen Puls als ein Digitalsignal an den Ionensignal-Steuerschaltkreis 309 aus. Außerdem ist der Betrieb bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Ionenstrom an den Ionenstrom-Erfassungswiderstand 306 geliefert wird, derselbe wie der in 3 dargestellte; deshalb wird die Erläuterung davon weggelassen werden.
In der Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben ausgestaltet ist, kann selbst in dem Fall, dass, wie durch ein Zeitdiagramm in 6 dargestellt, das Innere des Motorraums eine hohe Temperatur annimmt, wodurch eine Frühzündung bewirkt, dass ein Ionenstrom während der Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 auftritt, was früher als das normale Zeitverhältnis ist, der Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10 aktiviert werden, indem die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 400 auf einen hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) zu dem Zeitverhältnis außer dem Zeitverhältnis gesetzt wird, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 an den NPN-Transistor 202 und den P-Kanal-MOSFET 302 liefert. Als ein Ergebnis kann selbst während der Zeitperiode, in der der Primärspulenstrom I1 fließt, der ausgegebene Ionenstrom an den Ionensignal-Steuerschaltkreis 309 transferiert werden, wodurch es ermöglicht wird, dass die Region, in welcher der Ionenstrom erfasst werden kann, vergrößert wird.
Selbst in dem Fall, dass, wie durch ein Zeitdiagramm in 7 dargestellt, ein Glimmen um die Zündkerze herum bewirkt, dass Ruß oder dergleichen in dem Raum zwischen den Elektroden produziert wird und dass ein elektrischer Leckstrom fließt, wodurch ein Pseudo-Ionenstrom immer fließt, und selbst in dem Fall, dass das Innere des Motorraums eine hohe Temperatur annimmt, wodurch eine Frühzündung bewirkt, dass ein Ionenstrom bei dem Zeitverhältnis auftritt, das früher als das normale Zeitverhältnis ist, kann ein Ionenstrom durch ein 5-Volt-System akkurat erfasst werden, ohne Erweiterung des Dynamikbereichs der Eingangsspannung Igt, obwohl der hohe Pegel der Eingangsspannung Igt abgesenkt wird.
Ausführungsform 2
Eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist derart ausgestaltet, dass in der vorhergehenden Ausführungsform 1 als ein in 8 dargestelltes Beispiel der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 ein Erregungsstartsignal Igt1' und ein Entregungssignal Igt2' ausgibt, die voneinander in der Pulsbreite unterschiedlich sind (Verweis auf 8A), oder der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 ein Erregungsstartsignal Igt1'' und ein Entregungssignal Igt2'' ausgibt, die voneinander in der Pulsanzahl unterschiedlich sind (Verweis auf 8B).
Gemäß Ausführungsform 2 kann der Pulserfassungs-Schaltkreis 7 leichtfertig zwischen dem Erregungsstartsignal Igt1' und dem Entregungssignal Igt2' unterscheiden, die von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 ausgegeben werden.
Ausführungsform 3
Eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist derart konfiguriert, dass in der vorhergehenden Ausführungsform 1 der Wert der Eingangsimpedanz 6 in dem Spulentreiber 400 festgelegt ist, im Vergleich mit dem Wert des Widerstands 204 in der ECU 200 extrem groß zu sein.
Selbst in dem Fall, dass ein Ionenstrom fließt, während der Pulserzeugungs-Schaltkreis das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 erzeugt, fließt gemäß Ausführungsform 3 kein elektrischer Strom in dem Ionenstromausgabe-Stromspiegelschaltkreis 10; deshalb kann der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 das Erregungsstartsignal Igt1 und das Entregungssignal Igt2 stabil liefern, und die Ionenerfassung kann stabil ohne Beeinträchtigung des Zündsignals durchgeführt werden.
Ausführungsform 4
Eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ist derart ausgestaltet, dass in der vorhergehenden Ausführungsform 1 als ein in 9 dargestelltes Beispiel der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 ein Erregungsstartsignal Igt1''' und ein Entregungssignal Igt2''' ausgibt, die Signale sind, die jeweils wenigstens zwei Arten von Pulsbreiten enthalten (beispielsweise ein Kombinationssignal mit einer Breite einiger zehn Mikrosekunden, das aus einem Pulssignal niedriger Frequenz und einem Pulssignal hoher Frequenz besteht), und es ist eine Vorkehrung für den Pulserfassungs-Schaltkreis 7 getroffen worden, der die Tatsache erfasst, dass die Pulssignale in vorbestimmter Reihenfolge eingegeben werden.
Gemäß Ausführungsform 4 wird selbst in dem Fall, dass Rauschen, wie beispielsweise eine Stoßspannung, in die Eingangssignalleitung des Spulentreibers 400 eindringt, das Rauschen nicht als das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal erkannt, weil hochfrequentes Rauschen und niedrigfrequentes Rauschen jeweils kontinuierliche Rauschsignale enthalten, die von derselben Frequenz sind; deshalb können Probleme, wie beispielsweise eine erneute Erregung der Primärspule und eine fehlerhafte Zündung, vermieden werden.
Ausführungsform 5
Eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 ist derart ausgestaltet, dass in der vorhergehenden Ausführungsform 1 eine Vorkehrung in dem Spulentreiber 400 für einen Antwortschaltkreis getroffen ist, der ein Signal, das den Start einer Erregung angibt, in einer konstanten Zeit überträgt, nach Erfassen der Tatsache, dass der Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 das Erregungsstartsignal Igt1 an den Pulserfassungs-Schaltkreis 7 geliefert hat, und es ist in der ECU 200 eine Vorkehrung für einen Antwortüberwachungs-Schaltkreis getroffen, der das durch den Antwortschaltkreis übertragene Signal erfasst.
10 ist ein Zeitdiagramm, das Wellenformen bei vielfältigen Punkten in Ausführungsform 5 darstellt.
Gemäß Ausführungsform 5 erfasst während der Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in dem Zeitdiagramm in 10 der Pulserfassungs-Schaltkreis 7 das Erregungsstartsignal Igt1', und der Antwort-Schaltkreis überträgt ein Antwortsignal Igt3 an die Igt1-Leitung. Der Antwort-Überwachungsschaltkreis erfasst das Antwortsignal Igt3, und der durch den Antwortüberwachungsschaltkreis erfasste Betriebszustand und der durch die ECU 200 angegebene Betriebszustand werden verglichen, so dass bestimmt werden kann, ob oder nicht der Spulentreiber normal arbeitet.
Ausführungsform 6
Eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung ist derart ausgestaltet, dass in der vorhergehenden Ausführungsform 5 in der ECU 200 eine Vorkehrung für eine Funktion zum wiederkehrenden Übertragen desselben Signals in dem Fall getroffen ist, dass der durch den Antwortüberwachungs-Schaltkreis erfasste Betriebszustand von einem vorbestimmten Betriebszustand unterschiedlich ist.
11 ist ein Zeitdiagramm, das Wellenformen bei vielfältigen Punkten in Ausführungsform 6 darstellt.
Selbst in dem Fall, dass während der Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in dem in 11 dargestellten Zeitdiagramm ein normaler Signaltransfer von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis 201 an den Pulserfassungs-Schaltkreis 7 nicht durchgeführt werden kann, überträgt gemäß Ausführungsform 6 der Antwort-Schaltkreis nicht das Antwortsignal Igt3 an die Igt1-Leitung; dadurch, dass der Antwortüberwachungs-Schaltkreis in der ECU 200 dazu gebracht wird, die vorhergehende Tatsache zu erfassen, dass ein normaler Signaltransfer nicht durchgeführt werden kann, und während der wiederkehrenden Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 das Erregungsstartsignal Igt1' an den Pulserfassungs-Schaltkreis 207 zu liefern, kann die Betriebsgenauigkeit des Spulentreibers gesteigert werden.
Ausführungsform 7
12 und 13 sind Schaltkreis-Blockdiagramme, die eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung veranschaulichen; 12 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Hauptteile von Ausführungsform 7 veranschaulicht; 13 ist ein detailliertes Schaltkreisdiagramm für die in 12 veranschaulichten Hauptteile. Zuerst werden die Hauptteile von Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf 12 erläutert werden.
Wie in 12 veranschaulicht, ist die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung mit einer Spule 700 mit einem Spulentreiber, einem Pulserzeugungs-Schaltkreis 501, der in einer ECU 500 aufgenommen ist und ein Erregungsstartsignal Igt1 und ein Entregungssignal Igt2 ausgibt, einem NPN-Transistor 502, der ein Signal an die Spule 700 mit einem Spulentreiber liefert, auf Grundlage des Erregungsstartsignals Igt1 und des Entregungssignals Igt2, die durch den Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 ausgegeben werden, und einem Spulenausgangssignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 600 versehen, der das Ausgangssignal der Spule 700 mit einem Spulentreiber erfasst und steuert. In der Spule 700 mit einem Spulentreiber werden das Erregungsstartsignal Igt1 und das Entregungssignal Igt2 gespeichert; ein von dem Kollektor-Anschluss des NPN-Transistors 502 mittels eines Widerstands 504 geliefertes Signal wird als das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 erkannt; ein Zündsignal wird an ein Schaltelement geliefert, wodurch ein Primärspulenstrom I1 für die Primärspule einer Zündspule fließt und unterbrochen wird, um eine Hochspannung zum Zünden der Zündkerze 14 zu erzeugen; und ein Signal, das ausgegeben wird, wenn die Spule 700 mit einem Spulentreiber aktiviert wird, wird erfasst und an die ECU 500 ausgegeben.
Zu dem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 weder das Erregungsstartsignal Igt1 noch das Entregungssignal Igt2 ausgibt, wird die Eingangsspannung Igt der Spule 700 mit einem Spulentreiber auf einen hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) gesetzt, und bei dem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 ausgibt, wird die Eingangsspannung Igt der Spule 700 mit einem Spulentreiber für eine extrem kurze Zeit von dem hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) auf einen niedrigen Pegel (0 V) abgesenkt, so dass die Spule 700 mit einem Spulentreiber die Änderung in der Eingangsspannung Igt als das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 erkennt, und der Primärspulenstrom I1 fließt und unterbrochen wird, um eine hohe Spannung zum Zünden der Zündkerze 14 zu erzeugen.
Die Spule 700 mit einem Spulentreiber erfasst ein durch eine Reihe von Operationen davon ausgegebenes Signal und extrahiert einen Konstantstrom I3 von der ECU 500.
Außerdem ist die Eingangsspannung Igt der Spule 700 mit einem Spulentreiber zu diesem Zeitverhältnis durch die folgende Gleichung gegeben: Igt = die Spannung der internen Energiequelle der ECU 500 – (der Konstantstrom I3 × der Widerstandswert eines Widerstands 503)
Als ein Ergebnis wird ein Spulenausgangssignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 600 aktiviert, und ein Spulenausgangssignal wird an den Spulenausgangssignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 600 transferiert.
Mittels Durchführen einer Analyse auf Grundlage des Spulenausgangssignals wird eine Fehlfunktion der Spule 700 mit einem Spulentreiber erfasst.
Als Nächstes wird die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 in dem Fall, dass der Primärspulenstrom I1 als das Signal genutzt wird, das durch die Spule 700 mit einem Spulentreiber erfasst wird, genauer mit Verweis auf 13 beschrieben werden. Wie in 13 veranschaulicht, enthält die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 die ECU 500, eine Zündspule 11, einen Pulserfassungs-Schaltkreis 17, ein Schaltelement 15 und einen Spulenausgangssignal-Erfassungsschaltkreis 19. Die Zündspule 11 mit einer Primärspule 12 und einer Sekundärspule 13 ist mit einem Energiequellenanschluss VB verbunden. Die Zündkerze 14 ist mit einer Hochspannungsseite der Sekundärspule 13 verbunden. Die ECU 500 hat den Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 und den Spulenausgangs-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 600; mittels des NPN-Transistors 502 und des Widerstands 504 liefert der Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 an einen Eingangsanschluss 800a eines Spulentreibers 800 das Erregungsstartsignal Igt1 und das Entregungssignal Igt2, die jeweils ein Einzelpuls mit einer extrem kurzen Dauer oder eine Vielzahl von Pulsen sind. Zu dem Zeitverhältnis, wenn weder das Erregungsstartsignal Igt1 noch das Entregungssignal Igt2 an den NPN-Transistor 502 und einen P-Kanal-MOSFET 602 geliefert wird, wird die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 800 auf einen hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) gesetzt, und zu dem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 an den NPN-Transistor 502 und den P-Kanal-MOSFET 602 liefert, schaltet der NPN-Transistor 502 an, und schaltet der P-Kanal-MOSFET 302 ab, wodurch für eine extrem kurze Zeit die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 800 von dem hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) auf einen niedrigen Pegel (0 V) abgesenkt wird, so dass an den Pulserfassungs-Schaltkreis 17 ein Signal geliefert wird.
Der Pulserfassungs-Schaltkreis 17 ist ein Schaltkreis, in welchem das Erregungsstartsignal Igt1 und das Entregungssignal Igt2 gespeichert werden; der Pulserfassungs-Schaltkreis 17 erkennt das von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 empfangene Signal als das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 und liefert ein Zündsignal an das Schaltelement 15 in der späteren Stufe, wodurch das Schaltelement 15 getrieben wird. Das Schaltelement 15 ist beispielsweise ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor bzw. Bipolartransistor mit Gate-Elektrode); der Gate-Anschluss ist mit dem Pulserfassungs-Schaltkreis 17 verbunden, der Kollektor-Anschluss ist mit der Primärspule 12 der Zündspule 11 verbunden, und der Emitter-Anschluss ist mit einem Erfassungswiderstand 18 und dem Spulenausgangssignal-Erfassungsschaltkreis 19 verbunden. Der andere Anschluss des Erfassungswiderstands 18 ist mit dem Bezugspotentialpunkt GND verbunden.
Der Spulenausgangssignal-Erfassungsschaltkreis 19 ist derart ausgestaltet, einen Ausgangsanschluss 19a und einen Eingangsanschluss 19b zu haben. Der Ausgangsanschluss 19a ist mit einer Eingangsimpedanz 16 und dem Pulserfassungs-Schaltkreis 17 verbunden, und der Eingangsanschluss 19b ist mit dem Emitter-Anschluss des Schaltelements 15 und dem Erfassungswiderstand 18 verbunden. Der Spulenausgangssignal-Erfassungsschaltkreis 19 ist mit einem Stromspiegelschaltkreis 192 mit N-Kanal-MOSFETs 190 und 191, einer internen Energiequelle 193, einer Stromquelle 194, einem P-Kanal-MOSFET 195, einem UND-Schaltkreis 196 und einem Fensterkomparator-Schaltkreis 199 mit Komparatorschaltkreisen 197 und 198 ausgestaltet.
Der Gate-Anschluss des N-Kanal-MOSFET 190 ist mit dem Gate-Anschluss des N-Kanal-MOSFET 191 verbunden; der Drain-Anschluss ist mit dem Ausgangsanschluss 19a verbunden; der Source-Anschluss ist mit der Masse GND verbunden. Der Gate-Anschluss des N-Kanal-MOSFET 191 ist mit dem Drain-Anschluss des N-Kanal-MOSFET 191, der Stromquelle 194 und dem Source-Anschluss des P-Kanal-MOSFET 195 verbunden. Der andere Anschluss der Stromquelle 194 ist mit der internen Energiequelle 193 verbunden. Die interne Energiequelle 193 ist eine stabilisierte Energiequelle. Der Gate-Anschluss des P-Kanal-MOSFET 195 ist mit dem Ausgangsanschluss des UND-Schaltkreises 196 verbunden, und der Drain-Anschluss ist mit der Masse GND verbunden. Ein Eingangsanschluss des UND-Schaltkreises 196 ist mit dem Ausgangsanschluss des Komparatorschaltkreises 197 verbunden; der andere Eingangsanschluss ist mit dem Ausgangsanschluss des Komparatorschaltkreises 198 verbunden. Der Eingangsanschluss (+) des Komparatorschaltkreises 197 ist mit dem Eingangsanschluss 19b verbunden; der Eingangsanschluss (–) ist mit einer Bezugsspannung (Vth1) verbunden. Der Eingangsanschluss (+) des Komparatorschaltkreises 198 ist mit einer Bezugsspannung (Vth2) verbunden; der Eingangsanschluss (–) ist mit dem Eingangsanschluss 19b verbunden.
Als Nächstes wird die innere Ausgestaltung des Spulenausgangssignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreises 600 erläutert werden. Der Spulenausgangssignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 600 ist mit einer internen Energiequelle 601, dem P-Kanal-MOSFET 602, einem Stromspiegelschaltkreis 605 mit PNP-Transistoren 603 und 604, einem Spulenausgangssignal-Erfassungswiderstand 606 und einem Spulenausgangssignal-Steuerschaltkreis 609 versehen.
Der Gate-Anschluss des P-Kanal-MOSFET 602 ist mit dem Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 verbunden; der Drain-Anschluss ist mit den Emitter-Anschlüssen der PNP-Transistoren 603 und 604 verbunden; der Source-Anschluss ist mit der internen Energiequelle 601 verbunden. Die interne Energiequelle 601 ist eine stabilisierte Energiequelle. Der Basis-Anschluss des PNP-Transistors 603 ist mit dem Basis-Anschluss des PNP-Transistors 604 verbunden, und der Kollektor-Anschluss des PNP-Transistors 603 ist mit dem Spulenausgangssignal-Erfassungswiderstand 606 und dem Spulenausgangssignal-Steuerschaltkreis 609 verbunden. Der Basis-Anschluss des PNP-Transistors 604 ist mit dem Kollektor-Anschluss des PNP-Transistors 604 und einem Widerstand 503 verbunden. Der andere Anschluss des Spulenausgangssignal-Erfassungswiderstands 606 ist mit der Masse GND verbunden.
14 ist ein Zeitdiagramm, das Wellenformen bei vielfältigen Punkten in Ausführungsform 7 darstellt; der Betrieb der in 12 veranschaulichten Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung wird mit Verweis auf das Zeitdiagramm erläutert werden. Während der Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 beliefert der Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 den NPN-Transistor 502 und den P-Kanal-MOSFET 602 mit dem Erregungsstartsignal Igt1 (hier als ein Einzelpuls dargestellt) mit einer extrem kurzen Dauer. Zu dem Zeitverhältnis, wenn weder das Erregungsstartsignal Igt1 noch das Entregungssignal Igt2 an den NPN-Transistor 502 und den P-Kanal-MOSFET 602 geliefert wird, wird die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 800 auf einen hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) gesetzt, und zu dem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 das Erregungsstartsignal Igt1 oder das Entregungssignal Igt2 an den NPN-Transistor 502 und den P-Kanal-MOSFET 602 liefert, schaltet der NPN-Transistor 502 an und schaltet der P-Kanal-MOSFET 602 ab, wodurch für eine extrem kurze Zeit die Eingangsspannung Igt des Spulentreibers 800 von dem hohen Pegel (von 5 V bis 14 V) auf einen niedrigen Pegel (0 V) abgesenkt wird, so dass ein Pulssignal an den Pulserfassungs-Schaltkreis 17 geliefert wird. Der Pulserfassungs-Schaltkreis 17 erkennt das von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis 501 gelieferte Pulssignal als das Erregungsstartsignal Igt1 und liefert zu dem Zeitpunkt t2 ein Zündsignal an den Eingangsanschluss (der Gate-Anschluss in diesem Fall) des Schaltelements 15 in der späteren Stufe, so dass das Schaltelement 15 anschaltet, worauf der Primärspulenstrom I1 beginnt, durch die Primärspule 12 der Zündspule 11 zu fließen.
Danach, zu dem Zeitpunkt t3, wenn eine Spannung Vdet, die produziert wird, wenn der Primärspulenstrom I1 durch den Erfassungswiderstand 18 fließt, zwischen Vth1 und Vth2 ist, wird der Ausgang des Fensterkomparatorschaltkreises 199 den hohen Pegel annehmen, wodurch der P-Kanal-MOSFET 195 abschaltet. Der Konstantstrom I3 wird von der Stromquelle 194 an den Stromspiegelschaltkreis 192 zu diesem Zeitaugenblick geliefert, und dann wird der Stromspiegelschaltkreis 192 aktiviert. Der N-Kanal-MOSFET 190 in dem Stromspiegelschaltkreis 192 extrahiert einen Drain-Strom, entsprechend dem Konstantstrom I3, der durch den N-Kanal-MOSFET 191 fließt, von dem Stromspiegelschaltkreis 605 in dem Spulenausgangssignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 600.
Als ein Ergebnis wird der Stromspiegelschaltkreis 605 in dem Spulenausgangssignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis 600 aktiviert, und der Kollektor-Strom, entsprechend dem Konstantstrom I3, der durch den PNP-Transistor 604 fließt, fließt durch den PNP-Transistor 603 in dem Stromspiegelschaltkreis 605. Der ausgegebene Strom wird in eine Spannung durch den Spulenausgangssignal-Erfassungswiderstand 606 umgewandelt und an den Spulenausgangssignal-Steuerschaltkreis 609 transferiert.
Danach, zu dem Zeitpunkt t4, wenn die Spannung Vdet größer als Vth2 ist, wird der Ausgang des Fensterkomparatorschaltkreises 199 den niedrigen Pegel annehmen, wodurch der P-Kanal-MOSFET 195 anschaltet. Die Gate-Spannungen der N-Kanal-MOSFETs 190 und 191 werden zu diesem Zeitaugenblick einen niedrigen Pegel annehmen, und dann stoppt der Betrieb des Stromspiegelschaltkreises 192. Bei dieser Gelegenheit stoppt die Stromlieferung an den Spulenausgangssignal-Erfassungswiderstand 606.
Wie oben beschrieben kann in der Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 in dem Fall, dass eine gewisse Art einer Störung, wie beispielsweise eine Bruchstelle der Primärspule 12 in der Spule 700 mit einem Spulentreiber bewirkt ist, die ECU 500 die Abnormalität erfassen und kann eine Störungsdiagnose durchführen.
Darüber hinaus kann durch Nutzung einer Primärspulenspannung, eines Sekundärspulenstroms, einer Sekundärspulenspannung oder dergleichen als das zu erfassende Spulenausgangssignal die Störungsdiagnose hinsichtlich der Spule 700 mit einem Spulentreiber weithin durchgeführt werden.
Außerdem sind die vorhergehenden Ausführungsformen 2 bis 6 nicht nur auf Ausführungsform 1 sondern auch auf Ausführungsform 7 anwendbar.
Vielfältige Modifizierungen und Abänderungen dieser Erfindung werden dem Fachmann ersichtlich sein, ohne von dem Schutzbereich und der Idee dieser Erfindung abzuweichen, und es sollte deshalb verstanden werden, dass diese nicht auf die hier bekannt gemachten veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung, die eine Zündspule (1) mit einer Primärspule (2) und einer Sekundärspule (3) und ein Schaltelement (5) enthält, das eine Zündhochspannung über der Sekundärspule der Zündspule erzeugt, indem ein Primärspulenstrom der Zündspule fließt und unterbrochen wird, wobei die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung umfasst: eine Elektroniksteuereinheit, ECU, (200) mit einem Pulserzeugungs-Schaltkreis (201), der eine Spulentreiber-Eingangssignalleitung mit einem Einzelpulssignal, das eine extrem kurze Dauer hat, oder einer Vielzahl von Pulssignalen als ein Erregungsstartsignal (Igt1) oder ein Entregungssignal (Igt2) beliefert; einen Pulserfassungs-Schaltkreis (7), der das Erregungsstartsignal (Igt1) und das Entregungssignal (Igt2) speichert, der das Einzelpulssignal oder die Vielzahl von Pulssignalen, die mittels der Spulentreiber-Eingangssignalleitung von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis (201) empfangen sind, als das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal erkennt, und der ein Zündsignal an das Schaltelement (5) liefert; einen Ionen-Vorspannungsschaltkreis (8), der mit einer Niederspannungsseite der Sekundärspule (3) verbunden ist und einen Ionenstrom erzeugt; einen Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis (9), der einen durch die Sekundärspule (3) fließenden Ionenstrom erfasst; einen Ionenstrom-Ausgabeschaltkreis (10), der ein Ionensignal bei der Spulentreiber-Eingangssignalleitung auf Grundlage eines Ausgangssignals des Ionenstrom-Erfassungsschaltkreises (9) ausgibt; und einen Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis (300), der in der ECU (200) enthalten ist und der ein Ausgangssignal des Ionenstrom-Ausgabeschaltkreises (10) erfasst und steuert, wobei, zu einem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis (201) weder das Erregungsstartsignal (Igt1) noch das Entregungssignal (Igt2) ausgibt, der Ionensignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis (300) eine Eingangsspannung (Igt) eines Spulentreibers (400) auf einen hohen Pegel setzt, und bei einem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis (201) das Erregungsstartsignal (Igt1) oder das Entregungssignal (Igt2) ausgibt, die Eingangsspannung (Igt) des Spulentreibers (400) für eine extrem kurze Zeit von dem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel abgesenkt wird, so dass der Pulserfassungs-Schaltkreis (7) die Änderung in der Eingangsspannung (Igt) als das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal erkennt und ein Zündsignal an das Schaltelement (5) liefert, und wobei, bei einem Zeitverhältnis außer dem Zeitverhältnis, wenn das Erregungsstartsignal (Igt1) und/oder das Entregungssignal (Igt2) an den Pulserfassungs-Schaltkreis (7) geliefert wird, der Ionenstrom-Ausgabeschaltkreis (10) ein Ionensignal bei der Spulentreiber-Eingangssignalleitung auf Grundlage eines durch den Ionenstrom-Erfassungsschaltkreis (9) erfassten Ionenstroms ausgibt.
Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Pulserzeugungs-Schaltkreis (201) den Spulentreiber (400) mit einem Erregungsstartsignal (Igt1) und einem Entregungssignal (Igt2) beliefert, die voneinander in der Pulsbreite oder in der Pulsanzahl unterschiedlich sind.
Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Wert einer Eingangsimpedanz des Spulentreibers (400) festgelegt ist, im Vergleich mit dem Widerstandswert einer Versorgungsleitung in der ECU für das Erregungsstartsignal und das Entregungssignal extrem groß zu sein.
Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Pulserfassungs-Schaltkreis (7) erfasst, dass als das Erregungsstartsignal (Igt1) oder das Entregungssignal (Igt2) ein Signal mit wenigstens zwei Arten von Pulsbreiten in vorbestimmter Reihenfolge eingegeben wird.
Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei in dem Spulentreiber (400) eine Vorkehrung für einen Antwortschaltkreis getroffen ist, der ein Signal (Igt3), das einen Erregungsstart für die ECU (200) angibt, in einer konstanten Zeit überträgt, nachdem der Pulserfassungs-Schaltkreis (7) das Erregungsstartsignal (Igt1) und das Entregungssignal (Igt2) erfasst, die von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis (201) geliefert sind, und wobei in der ECU eine Vorkehrung für einen Antwortüberwachungs-Schaltkreis getroffen ist, der das durch den Antwortschaltkreis übertragene Signal (Igt3) erfasst, und wobei ein durch den Antwortüberwachungs-Schaltkreis erfasster Betriebszustand und ein durch die ECU angegebener Betriebszustand verglichen werden, so dass bestimmt wird, ob oder nicht der Spulentreiber normal arbeitet.
Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei in dem Fall, dass ein Betriebszustand, der durch den Antwortüberwachungs-Schaltkreis erfasst wird, in einer konstanten Zeit, nachdem die ECU (200) das Erregungsstartsignal (Igt1) und das Entregungssignal (Igt2) überträgt, von einem vorbestimmten Betriebszustand unterschiedlich ist, die ECU wiederkehrend dieselben Signale überträgt, so dass die Genauigkeit des Spulentreibers verbessert wird.
Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung, die eine Zündspule (11) mit einer Primärspule (12) und einer Sekundärspule (13) und ein Schaltelement (15) enthält, das eine Zündhochspannung über der Sekundärspule (13) der Zündspule (11) erzeugt, indem ein Primärspulenstrom der Zündspule (11) fließt und unterbrochen wird, wobei die Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung umfasst: eine Elektroniksteuereinheit, ECU, (500) mit einem Pulserzeugungs-Schaltkreis (501), der eine Spulentreiber-Eingangssignalleitung mit einem Einzelpulssignal, das eine extrem kurze Dauer hat, oder einer Vielzahl von Pulssignalen als ein Erregungsstartsignal (Igt) oder ein Entregungssignal (Igt2) beliefert; einen Pulserfassungs-Schaltkreis (17), der das Erregungsstartsignal (Igt1) und das Entregungssignal (Igt2) speichert, das Einzelpulssignal oder die Vielzahl von Pulssignalen, die mittels der Spulentreiber-Eingangssignalleitung von dem Pulserzeugungs-Schaltkreis (501) empfangen sind, als das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal erkennt, und ein Zündsignal an das Schaltelement (15) liefert; einen Spulenausgangssignal-Erfassungsschaltkreis (19), der ein von der Zündspule (11) ausgegebenes Signal erfasst und bei der Spulentreiber-Eingangssignalleitung ein Ausgangssignal als ein Störungsdiagnosesignal auf Grundlage des erfassen Signals ausgibt; und einen Spulenausgangssignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis (600), der in der ECU (500) enthalten ist und der das Ausgangssignal des Spulenausgangssignal-Erfassungsschaltkreises (19) erfasst und steuert, wobei, bei einem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis (501) weder das Erregungsstartsignal (Igt1) noch das Entregungssignal (Igt2) ausgibt, der Spulenausgangssignal-Erfassungs-/Steuerschaltkreis (600) eine Eingangsspannung (Igt) eines Spulentreibers (800) auf einen hohen Pegel setzt, und bei einem Zeitverhältnis, wenn der Pulserzeugungs-Schaltkreis (501) das Erregungsstartsignal (Igt1) oder das Entregungssignal (Igt2) ausgibt, die Eingangsspannung (Igt) des Spulentreibers (800) für eine extrem kurze Zeit von dem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel abgesenkt wird, so dass der Pulserfassungs-Schaltkreis (17) die Eingangsspannung (Igt) als das Erregungsstartsignal oder das Entregungssignal erkennt und ein Zündsignal an das Schaltelement (15) liefert, und wobei zu einem Zeitverhältnis außer dem Zeitverhältnis, wenn das Erregungsstartsignal (Igt1) und das Entregungssignal (Igt2) an den Pulserfassungs-Schaltkreis (17) geliefert werden, der Spulenausgangssignal-Erfassungsschaltkreis (19) ein von der Zündspule (11) ausgegebenes Signal erfasst und bei der Spulentreiber-Eingangssignalleitung ein Ausgangssignal als ein Störungsdiagnosesignal ausgibt.