DE102009026424B4

DE102009026424B4 - Zündsteuervorrichtung und Zündsteuersystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009026424B4
Application number: DE102009026424.8A
Authority: DE
Inventors: Norio Yamamoto; Atsuya Mizutani
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2029-05-23
Also published as: JP4807379B2; DE102009026424A1; JP2009287521A

Abstract

Zündsteuervorrichtung einer Brennkraftmaschine, die auf eine Zündvorrichtung angewandt ist, welche eine Zündspule (10), die eine Primärspule (10a) und eine Sekundärspule (10b) umfasst, und eine Zündkerze (15) aufweist, die mit der Sekundärspule (10b) verbunden ist und eine Zündentladung zwischen ihren Elektroden (15a, 15b) durchführt, wobei die Zündsteuervorrichtung einen Betrieb der Zündvorrichtung steuert, um eine Mehrfachentladung des mehrmaligen Durchführens der Zündentladung während eines einzigen Arbeitstakts der Brennkraftmaschine durchzuführen, mit:einer Anormalitätserfassungseinrichtung (S20, S30) zum Erfassen eines Auftretens einer Entladungsanormalität, welche eine kriechende Entladung und/oder eine Bogenverlängerung ist, basierend auf einem Sekundärstrom, der zwischen den Elektroden (15a, 15b) der Zündkerze (15) fließt, oder einer Sekundärspannung zwischen den Elektroden (15a, 15b) der Zündkerze (15),dadurch gekennzeichnet, dasswenn die Entladungsanormalität erfasst wird, die Zündsteuervorrichtung den Betrieb der Zündvorrichtung steuert, um die Zündentladung entsprechend der Entladungsanormalität zu stoppen und eine Aufladung einer für eine nächste Zündentladung notwendigen elektrischen Energie zu starten.

Description

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.
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.
Zum Beispiel, eine in der JP 2003 - 521 619 A 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.
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.
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.
Bei der herkömmlichen Steuerung, die die Aufladung und die Entladung der Primärspule nach jeder festgelegten Zeit umschaltet, wie es in der JP 2003 - 521 619 A 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.
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.
Bei der herkömmlichen Steuerung, die die Aufladung und die Entladung der Primärspule nach jeder festgelegten Zeit umschaltet, wie es in der JP 2003 - 521 619 A 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.
Weiterer gattungsbildender Stand der Technik, der jeweils eine Zündsteuervorrichtung mit einer Anormalitätserfassungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs zeigt, ist wie folgt bekannt.
Die (nachveröffentlichte) DE 10 2007 034 390 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Zündsystems für einen fremdzündbaren Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und ein Zündsystem.
Die DE 101 13 189 A1 offenbart ein Mehrfachladungszündsystem mit Verbrennungsrückkopplung zum Beenden.
Die DE 39 22 128 A1 offenbart eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen.
Die JP2003 - 314 353 A offenbart eine Fehlzündungserkennungsvorrichtung.
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 kriechenden Entladung oder einer Bogenverlängerung herrührt.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Zündsteuervorrichtung einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, wie sie durch den unabhängigen Patentanspruch definiert ist. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zündsteuervorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert. Weiterhin ist hierzu ein Zündsteuersystem einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, das die erfindungsgemäße Zündsteuervorrichtung und die Zündvorrichtung umfasst, auf die diese angewandt ist.
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 kriechenden 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.
Mit einer solchen Ausgestaltung wird die Zündentladung gestoppt, falls die kriechende Entladung auftritt. Daher kann die Ausführungsdauer der nutzlosen kriechenden 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.
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 kriechenden Entladung oder der Bogenverlängerung ergibt, unterbunden werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

1 ist eine Konfigurationsdarstellung, die schematisch ein Zündsteuersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Zeitdiagram, das einen Zündbetrieb in dem Fall, in dem eine Entladungsanormalität nicht verursacht wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3(a) ist ein Zeitdiagram zur Erläuterung eines Problems infolge einer kriechenden Entladung;
3(b) ist ein Zeitdiagram zur Erläuterung eines Problems infolge einer Bogenverlängerung;
4 ist ein Zeitdiagramm, das einen Zündbetrieb zeigt, der durch eine Zündsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel realisiert wird, wenn die Entladungsanormalität auftritt;
5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf zur Durchführung der Zündsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6(a) ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Phänomens der kriechenden Entladung;
6(b) ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Phänomens der Bogenverlängerung;
7 ist eine Konfigurationsdarstellung, die schematisch eine Brennkraftmaschine zeigt, die mit einem Zündsteuersystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung versehen ist;
8 ist eine Konfigurationsdarstellung, die schematisch eine Brennkraftmaschine zeigt, die mit einem Zündsteuersystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung versehen ist; und
9 ist eine Konfigurationsdarstellung, die schematisch ein Zündsteuersystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

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.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
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.
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 (+12V) 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 12, 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
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.
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.
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 SP1 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.
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.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
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.
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.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
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.
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.
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.
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.
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.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
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.
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 12, wenn die Entladungsanormalität auftritt.
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 12, 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.
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.
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.
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.

Claims

Zündsteuervorrichtung einer Brennkraftmaschine, die auf eine Zündvorrichtung angewandt ist, welche eine Zündspule (10), die eine Primärspule (10a) und eine Sekundärspule (10b) umfasst, und eine Zündkerze (15) aufweist, die mit der Sekundärspule (10b) verbunden ist und eine Zündentladung zwischen ihren Elektroden (15a, 15b) durchführt, wobei die Zündsteuervorrichtung einen Betrieb der Zündvorrichtung steuert, um eine Mehrfachentladung des mehrmaligen Durchführens der Zündentladung während eines einzigen Arbeitstakts der Brennkraftmaschine durchzuführen, mit: einer Anormalitätserfassungseinrichtung (S20, S30) zum Erfassen eines Auftretens einer Entladungsanormalität, welche eine kriechende Entladung und/oder eine Bogenverlängerung ist, basierend auf einem Sekundärstrom, der zwischen den Elektroden (15a, 15b) der Zündkerze (15) fließt, oder einer Sekundärspannung zwischen den Elektroden (15a, 15b) der Zündkerze (15), dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Entladungsanormalität erfasst wird, die Zündsteuervorrichtung den Betrieb der Zündvorrichtung steuert, um die Zündentladung entsprechend der Entladungsanormalität zu stoppen und eine Aufladung einer für eine nächste Zündentladung notwendigen elektrischen Energie zu starten.
Zündsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Anormalitätserfassungseinrichtung (S20, S30) die Entladungsanormalität basierend auf einem Spitzenwert des Sekundärstroms oder der Sekundärspannung unter Werten des Sekundärstroms oder der SekundärSpannung erfasst, wobei der Spitzenwert zu einem Startzeitpunkt der Zündentladung auftritt.
Zündsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Anormalitätserfassungseinrichtung (S20, S30) die Entladungsanormalität basierend auf einer Änderungsgeschwindigkeit des Sekundärstroms oder der Sekundärspannung 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 erfasst, wobei der Spitzenwert zu einem Startzeitpunkt der Zündentladung auftritt.
Zündsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenn die Entladungsanormalität erfasst wird, die Zündsteuervorrichtung die Anzahl der Zündentladungen erhöht, die während des einzigen Arbeitstakts durchgeführt werden.
Zündsteuervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Zündsteuervorrichtung die Anzahl der Zündentladungen, nachdem die Entladungsanormalität erfasst ist, auf eine voreingestellte Anzahl einstellt.
Zündsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Brennkraftmaschine eine Direkteinspritzung-Brennkraftmaschine ist, die Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzt, und die Elektroden (15a, 15b) der Zündkerze (15), die die Zündentladung durchführen, auf einer Einspritztrajektorie des Kraftstoffs angeordnet sind.
Zündsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Brennkraftmaschine eine Direkteinspritzung-Brennkraftmaschine ist, die Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzt und eine Einspritzvorrichtung (21) aufweist, die aufgebaut ist, um den Kraftstoff in mehreren Sprühmustern in die Brennkammer einzuspritzen, und die Elektroden (15a, 15b) der Zündkerze (15), die die Zündentladung durchführen, zwischen den mehreren Sprühmustern angeordnet sind.
Zündsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Brennkraftmaschine mit einem Lader (22) ausgerüstet ist, der in eine Brennkammer eingebrachte Ansaugluft auflädt.
Zündsteuersystem einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch: die Zündsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; und die Zündvorrichtung.