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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung, die in einem Fahrzeug montiert ist, wie z.B. einem Automobil.
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Beschreibung des Standes der Technik
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In den letzten Jahren treten Fragen des Umweltschutzes und der Erschöpfung von Kraftstoff auf; Maßnahmen für diese Probleme sind auch in der Automobilindustrie dringend erforderlich. Als ein Beispiel für diese Maßnahmen gibt es eine Technologie, die einen Pumpverlust (engl. Pumping Loss) in einer Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung einer Abgas-Rezirkulation (engl. Exhaust Gas Recirculation, im Folgenden als „EGR“ bezeichnet) reduziert, um die Kraftstoffverbrauchsgröße drastisch zu verbessern.
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Verbranntes Gas, wobei es sich um Abluft der Verbrennungskraftmaschine handelt, ist jedoch nicht entflammbar und dessen Wärmekapazität ist größer als die von Luft; es gibt daher ein Problem, da dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine das verbrannte Gas erneut über EGR aufnimmt, die Entzündbarkeit und die Entflammbarkeit des Kraftstoffs verringert wird.
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Als eine von Lösungen für dieses Problem wurde bisher eine Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung vorgeschlagen, die eine Zündvorrichtung dazu bringt, eine Funkenentladung mit einer hohen Energie zu erzeugen. Diese Vorrichtung ermöglicht die Stabilisierung der Entzündbarkeit des Kraftstoffs und bildet einen stabileren Flammenkern aus, wodurch die Entflammbarkeit weiter stabilisiert werden kann.
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Als eine Zündvorrichtung, die in einer derartigen herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung verwendet wird und eine Funkenentladung mit einer hohen Energie erzeugt, wurde eine Zündvorrichtung offenbart, die mit einer Erzeugungsschaltung für ein elektrisches Feld bereitgestellt ist, die mit einer Zündkerze elektrisch verbunden ist und ein elektrisches Feld in der Verbrennungskammer erzeugt, und die ein Plasma erzeugt, in dem eine Funkenentladung an der Zündkerze, erzeugt durch eine Hochspannung, mit dem erzeugten elektrischen Feld reagiert, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden (siehe z.B. Patentdokument 1).
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Die Verwendung der herkömmlichen Zündvorrichtung, die im Patentdokument 1 offenbart ist, ermöglicht die Erzeugung einer stärkeren Hochenergie-Funkenentladung in dem Spalt einer Zündkerze, verglichen mit einer Zündvorrichtung, die mit einer herkömmlichen Zündspule bereitgestellt ist, um einen Flammenkern mit mehr Energie bereitzustellen und einen stabileren Flammenkern auszubilden. Selbst dann, wenn über die oben stehende EGR ein großes Ausmaß verbrannten Gases an einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt wird, kann somit z.B. eine stabile Verbrennung erreicht werden; ein Pumpverlust kann daher reduziert werden, indem EGR aktiver verwendet wird, und es wird somit eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, die die Kraftstoffverbrauchsgröße drastisch verringern kann.
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STAND DER TECHNIK
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Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
JP 2011- 99 410 A .
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In einer Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung, in der die in Patentdokument 1 offenbarte Zündvorrichtung verwendet wird und ein großes Ausmaß verbrannten Gases dafür bereitgestellt wird, indem EGR aktiver verwendet wird, gibt es ein Problem, da dann, wenn die im Patentdokument 1 offenbarte Zündvorrichtung fehlschlägt, eine stabile Zündung und Verbrennung nicht erreicht werden kann, der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine instabil wird, die Komponenten des Abgases einem Verschleiß bzw. einer Beeinträchtigung unterliegen und dann die Abgasmenge umweltbelastender Substanzen ansteigt.
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DE 10 2010 008 013 A1 zeigt eine Verbrennungssteuerung unter Verwenden von Ionenerfassungsrückmeldung und Mehrfachzündung zum Handhaben hoher Verdünnung und eines mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses. Dabei werden in Echtzeit erworbene Ionenerfassungssignale für jeden Motorzylinder für jede Zündkerze oder anderen Ionisationssensor von einem Steuergerät erfasst und verarbeitet, um die Genauigkeit der Verbrennungsstabilitätsschätzung zu kalibrieren.
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JP 2011 -
202 532 A lehrt eine Verbrennungssteuervorrichtung einer internen Verbrennungskraftmaschine zum frühen Erfassen eines Verbrennungszustands in einer Mehrfachzündvorrichtung. Dabei wird die Stabilität des Zündbetriebs bei verdünnten Luft-/Kraftstoffgemischen und/oder bei Abgasrückführung berücksichtigt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der oben stehenden Probleme in einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung implementiert; die diesbezügliche Aufgabe ist die Bereitstellung einer Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung, die verhindern kann, dass der Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine instabil wird, selbst dann, wenn die Zündvorrichtung fehlschlägt, die verhindern kann, dass Komponenten des Abgases einem Verschleiß bzw. einer Beeinträchtigung unterliegen, und die einen Anstieg der Abgasmenge von umweltbelastenden Substanzen unterdrücken kann.
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Eine Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst alle Merkmale gemäß Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann verhindern, dass der Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine instabil wird, selbst dann, wenn die Zündvorrichtung, welche die Zündkerze enthält, fehlschlägt, und die verhindert, dass die Abgasmenge Umwelt belastender Substanzen ansteigt.
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Die oben stehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Konfigurationsdiagramm zur konzeptionellen Darstellung der Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Betriebs der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
- 3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines anderen Betriebs der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
- 4 ist ein Blockdiagramm zur speziellen Darstellung der Konfiguration der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
- 5A ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung der Wellenform eines Funkenentladungs-Verstärkungsstroms und des Spitzenhaltewerts davon in der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
- 5B ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung der Wellenform des Funkenentladungs-Verstärkungsstroms und des diesbezüglichen Integrationswerts in der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
- 6A und 6B sind ein Satz von Flussdiagrammen zur Darstellung des Betriebs einer Diagnoseeinheit in der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; und
- 7 ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung der Wellenform der Primärspannung einer Zündspule in der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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Eine Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung öffnet ein EGR-Ventil und reduziert die Pumpverluste, um die Betriebseffizienz der Kraftmaschine zu erhöhen, und verhindert gleichzeitig über eine Hochenergiezündung einen Rückgang der Entzündbarkeit und der Entflammbarkeit, welche stark durch verbranntes Gas verursacht wird, dass in die Verbrennungskammer eintritt. Die folgende Erläuterung erfolgt mit dem Beispiel einer Automobilkraftmaschine als Verbrennungskraftmaschine.
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1 ist ein Konfigurationsdiagramm zum konzeptionellen Darstellen der Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Die Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist gemäß 1 mit einer Zündkerze 101 konfiguriert, die mit einer ersten Elektrode 101a als einer Zentralelektrode bereitgestellt ist, sowie eine zweite Elektrode 101b als eine GND-Elektrode des Massepotenzials, die sich bei einem Abstand gegenüberstehen, und die eine Funkenentladung in dem Abstand erzeugen, so dass ein entflammbares Kraftstoff-Luft-Gemisch in einer Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine gezündet wird; eine Zündspule 102 als eine Leitungspfad-Erzeugungseinheit, die eine Hochspannung erzeugt und die erzeugte Hochspannung an die erste Elektrode 101a liefert, um eine Funkenentladung in dem Abstand bzw. Spalt zu erzeugen und einen leitenden Pfad bzw. einen leitenden Weg in dem Spalt auszubilden; eine Stromversorgungseinheit 103, die Strom bzw. Energie an den Leitungspfad liefert, auf Grundlage einer Funkenentladung, die ausgebildet wird in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101; eine Diagnoseeinheit 106, die eine Diagnose durchführt, ob oder ob nicht die Stromversorgungseinheit 103 Strom an den Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 liefert; eine EGR-Einheit 104, die die EGR-Größe der Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) steuert; und eine Steuereinheit 105, als eine Kraftmaschinensteuereinheit (im Folgenden als ECU bezeichnet), die den Betrieb der Stromversorgungseinheit 103, dem Betrieb der EGR-Einheit 104 und dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine steuert. Die Diagnoseeinheit 106 ist im Wesentlichen aus einer im Folgenden erläuterten Diagnoseverarbeitungseinheit 408 ausgebildet, die in der Steuereinheit 105 bereitgestellt ist.
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Die Steuereinheit 105 steuert die EGR-Einheit 104 gemäß dem Resultat einer Diagnose durch die Diagnoseeinheit 106, um die EGR-Versorgungsgröße zu steuern. 2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Betriebs der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Für den Fall, dass die Diagnoseeinheit 106 wie im Flussdiagramm gemäß 2 dargestellt im Schritt S201 bestimmt, dass die Stromversorgungseinheit 103 Strom nicht normal versorgt (Ja), folgt dem Schritt S201 der Schritt S202, wobei die Steuereinheit 105 die EGR-Einheit 104 steuert, um die EGR-Größe zu reduzieren, die an das innere einer Verbrennungskammer 107 geliefert wird.
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Für den Fall, dass die Diagnoseeinheit 106 in dem Schritt S201 bestimmt, dass die Stromversorgungseinheit 103 Strom normal liefert (Nein), folgt dem Schritt S201 im Gegensatz dazu der Schritt S203, wobei die Steuereinheit 105 die EGR-Einheit 104 steuert, um die EGR-Größe beizubehalten, die an das Innere einer Verbrennungskammer 107 geliefert wird.
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3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines anderen Betriebs der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu dem Betrieb, der durch das Flussdiagramm in 2 dargestellt wird, folgt in dem Fall, wenn wie im Flussdiagramm in 3 dargestellt, die Diagnoseeinheit 106 im Schritt S301 bestimmt, dass die Stromversorgungseinheit 103 normal Strom versorgt (Ja) dem Schritt S301 der Schritt S302, wobei die Steuereinheit 105 die EGR-Einheit 104 steuert, um die EGR-Größe zu erhöhen, die an das Innere einer Verbrennungskammer 107 geliefert wird.
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Für den Fall, dass die Diagnoseeinheit 106 im Schritt S201 bestimmt, dass die Stromversorgungseinheit 103 Strom nicht normal versorgt (Nein), folgt im Gegensatz dazu dem Schritt S301 der Schritt S303, wobei die Steuereinheit 105 die EGR-Einheit 104 steuert, um die EGR-Größe beizubehalten, die an das Innere einer Verbrennungskammer 107 geliefert wird.
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4 ist ein Blockdiagramm, das insbesondere die Konfiguration der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt; die gleichen Bezugszeichen wie jene in 1 bezeichnen die gleichen Elemente. Das Element, das in 1 durch Bezugszeichen 102 bezeichnet wird, ist als „eine Leitungspfad-Erzeugungseinheit“ beschrieben; in 4 ist dieses Element jedoch als „eine Zündspule“ beschrieben, wobei es sich um eine spezielle Form der Leitungspfad-Erzeugungseinheit handelt. Das Element, das in 1 durch Bezugszeichen 104 angezeigt wird, ist als „eine EGR-Einheit“ beschrieben; in 4 ist dieses Element jedoch als „ein EGR-Ventil“ beschrieben, wobei es sich um eine spezielle Form der EGR-Einheit handelt.
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Gemäß 4 ist die Steuereinheit 105, wie oben beschrieben, in der ECU bereitgestellt und enthält die Diagnoseverarbeitungseinheit 408, die in der Diagnoseeinheit 106 enthalten ist, einen Integrator 407 und einen Spitzenhaltedetektor 406. Die Diagnoseverarbeitungseinheit 408 ist durch einen Mikrocomputer in der ECU ausgebildet.
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Die Stromversorgungseinheit 103 enthält einen DC/DC-Wandler 402, der eine DC- bzw. Gleichstromleistung aus der in dem Fahrzeug montierten Batterie 401 in eine gewünschte DC-Leistung wandelt, einen DC/AC-Wandler 403, der eine DC-Leistung aus dem DC/DC-Wandler 402 in eine AC- bzw. Wechselstromleistung wandelt, und einen Stromtransformator 405, der mit der Ausgabe des DC/AC-Wandlers 403 verbunden ist. Ein Relais 409 ist eine spezielle Form zum Implementieren einer Abschaltverarbeitung, wie z.B. ein Stoppen einer elektrischen Stromversorgung an die Stromversorgungseinheit 103 aus Sicherheitsgründen; der diesbezügliche Betrieb wird später beschrieben. Der Bandpassfilter BPF 404 versorgt die erste Elektrode 101a der Zündkerze 101 mit einem Wechselstrom vorbestimmter Frequenz aus dem Wechselstrom der Stromversorgungseinheit 103.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert, die wie oben beschrieben konfiguriert ist. In dem Fahrzustand, in dem, wie in dem Niedriggeschwindigkeits-Fahrmodus eines Fahrzeugs, der Fahrer das Gaspedal nicht betätigt, d.h., in dem Fall, bei dem der Öffnungsgrad des Drosselventils gering ist, wird im Allgemeinen der Pumpverlust zum Zeitpunkt, wenn Luft angesaugt wird, groß, und die Betriebseffizienz der Verbrennungskraftmaschine wird verringert; als ein Ergebnis steigt die Kraftstoffverbrauchsgröße. In der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gibt im Gegensatz dazu zum Zweck der Reduzierung der Pumpverluste der Verbrennungskraftmaschine, um einen unnötigen Kraftstoffverbrauch zu unterdrücken die Steuereinheit 105 eine Anweisung zum Öffnen des EGR-Ventils 104 aus. Wenn das EGR-Ventil 104 geöffnet ist kann nicht nur Luft, die durch das Drosselventil angesaugt wird, sondern auch verbranntes Gas, das durch das EGR-Ventil 104 erhalten wird, in die Verbrennungskammer 107 der Verbrennungskraftmaschine durch den Lufteinlass eintreten; die Pumpverluste können somit reduziert werden.
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Wenn jedoch das Verhältnis verbrannten Gases in der Verbrennungskammer 107 groß wird, geht die Entzündbarkeit des Kraftstoffs und die Entflammbarkeit nach der Zündung zurück; um den Rückgang der Entzündbarkeit und der Entflammbarkeit zu verhindern, führt die Steuereinheit 105 einen Betrieb der Zündspule 102 und der Stromversorgungseinheit 103 in der folgenden Art und Weise durch, um die Funkenentladung zu verstärken.
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Mit anderen Worten empfängt die Stromversorgungseinheit 103 in jeder der 1 und 4 zuerst die Gleichstromspannung, z.B. 14[V] der Batterie 401, und der DC/DC-Wandler 402 erhöht die Gleichstromspannung auf eine Gleichstromspannung von z.B. 100[V]. Ansprechend auf die Anweisung von der Steuereinheit 105 wandelt die Stromversorgungseinheit 103 anschließend die elektrische Energie der Gleichstromspannung, die von 14[V] auf 100[V] erhöht wurde, in eine elektrische AC-Energie und liefert die gewandelte elektrische AC-Energie an die Zündspule 101, mittels des Stromtransformators 405 und des Bandpassfilters 104.
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Die elektrische AC-Energie bzw. der elektrische Wechselstrom allein, der durch die Stromversorgungseinheit 103 erzeugt wird, kann normaler Weise jedoch keine Funkenentladung in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b erzeugen. Unter der Bedingung, dass keine Funkenentladung in dem oben stehenden Spalt erzeugt wurde, kann die der elektrische Wechselstrom allein, mit anderen Worten, keine Funkenentladung in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b erzeugen.
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Der Stromtransformator 405 erfasst die Stromkomponenten aus dem elektrischen Wechselstrom, der von der Stromversorgungseinheit 103 geliefert wird. Das durch den Stromtransformator 105 erfasste Stromsignal wird durch die Steuereinheit 105 empfangen, mittels des Spitzenhaltedetektors 406 und des Integrators 407. Auf Grundlage des Stromsignals, das durch die Steuereinheit 105 empfangen wird, führt die Diagnoseeinheit 106 eine Diagnose dahingehend durch, ob oder ob nicht die Stromversorgungseinheit 103 einen normalen elektrischen Wechselstrom ausgibt. Die Verarbeitung auf Grundlage des Diagnosebetriebs und das Diagnoseresultat wird später erläutert.
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Die Zündspule 102, die die Anweisung von der Steuereinheit 105 zu einem Zeitpunkt empfangen hat, der gleich ist zu dem oben stehenden Betrieb, erzeugt eine elektrische Energie bzw. einen elektrischen Strom zum Erzeugen einer Funkenentladung in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101, und liefert dann den elektrischen Strom an die erste Elektrode 101a der Zündkerze 101.
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Wenn aufgrund des elektrischen Stroms von der Zündspule 102 eine Funkenentladung in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 erzeugt wird, wird die Impedanz in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 verringert; der elektrische Wechselstrom, der durch die Stromversorgungseinheit 103 erzeugt wird, wird an den Funkenentladungsweg geliefert, der ausgebildet wird in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101. Da der elektrische Wechselstrom, der durch die Stromversorgungseinheit 103 erzeugt wird, der erzeugten Funkenentladung hinzugefügt wird, aufgrund des elektrischen Stroms der Zündspule 102 in dem obenstehenden Spalt, kann die Funkenentladung verstärkt werden.
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Wenn die Funkenentladung durch das Hinzufügen des elektrischen Wechselstrom, der durch die Stromversorgungseinheit 103 erzeugt wird, verstärkt wird, wird es möglich, die Abnahme der Entflammbarkeit zu verhindern und einen stabilen Flammenkern auszubilden; die Verringerung der Entflammbarkeit nach der Zündung kann somit unterdrückt werden. Der Pumpverlust kann entsprechend reduziert werden und ein unnötiger Kraftstoffverbrauch kann unterdrückt werden.
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Um eine stabile Entzündbarkeit und Entflammbarkeit unter der Bedingung zu erhalten, dass das Verhältnis verbrannten Gases in der Verbrennungskammer 107 der Verbrennungskraftmaschine groß ist, d.h., unter der Bedingung, dass das EGR-Ventil 104 geöffnet ist, um den Pumpverlust zu reduzieren, ist es erforderlich, eine Funkenentladung zu verstärken, wie oben beschrieben; vorausgesetzt, dass eine derartige Verstärkung einer Funkenentladung nicht erreicht wird, wird jedoch die oben stehende Abnahme der Entflammbarkeit bewirkt, wird der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine instabil, nicht verbranntes Gas wird ausgegeben, und somit wird ein Stopp der Verbrennungskraftmaschine bewirkt.
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Um diese Störungen zu verhindern führt die Steuereinheit 105 eine Diagnose dahingehend durch, ob oder ob nicht die Funkenentladung verstärkt wird, unter Verwendung des Stromsignals, das durch den Stromtransformator 405 empfangen wird, und trifft eine geeignete Maßnahme, wie im Folgenden beschrieben.
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5A ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung der Wellenform eines Funkenentladungs-Verstärkungsstroms und des Spitzenhaltewerts (im Folgenden als P/H-Wert bezeichnet) davon in der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; 5B ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung der Wellenform I des Funkenentladungs-Verstärkungsstroms und des diesbezüglichen Integrationswerts. Die 6A und 6B sind ein Satz von Flussdiagrammen zur Darstellung des Betriebs der Diagnoseeinheit in der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf die erläuternden Diagramme in den 5A und 5B und dem Flussdiagramm in den 6A und 6B wird der spezifische Diagnosebetrieb durch die Diagnoseeinheit 106 sowie deren getroffenen Maßnahmen erläutert.
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In den 6A und 6B empfängt die Steuereinheit 105 im Schritt S601 ein Stromsignal, das durch den Stromtransformator 405 erfasst wird. Das empfangene Stromsignal ist ein AC-Signal bzw. Wechselstrom-Signal; im Schritt S602 werden daher nur positive Signalkomponenten über einen Gleichrichter extrahiert.
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Im Schritt S603 extrahiert der Spitzenhaltedetektor 406 im Folgenden den P/H-Wert des durch den Gleichrichter gleichgerichteten Signals. Dem Schritt S603 folgt der Schritt S604, wobei bestimmt wird, ob oder ob nicht der P/H-Wert kleiner als ein erster Schwellenwert 1 ist. Das Bestimmungsresultat im Schritt S604 ist „Ja“, d.h., für den Fall, wenn der P/H-Wert kleiner als der erste Schwellenwert 1 ist, so dass dem Schritt S604 der Schritt S605 folgt, wobei bestimmt wird, ob oder ob nicht der P/H-Wert kleiner als ein zweiter Schwellenwert 2 ist.
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Für den Fall, dass das Bestimmungsresultat im Schritt S605 „Ja“ ist, folgt dem Schritt S605 der Schritt S606, wobei bestimmt wird, dass die Stromversorgungseinheit 103 eine unzureichende oder überhaupt keine elektrische Energie bzw. elektrischen Strom an die Zündkerze 101 liefert.
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Die Tatsache, dass im Schritt S606 bestimmt wird, dass die Stromversorgungseinheit 103 eine unzureichende elektrische Energie oder keine elektrische Energie an die Zündkerze 101 liefert, deutet darauf hin, dass der Strom bzw. die Energie, die durch die Steuereinheit 105 angewiesen wird, nicht an die Zündkerze 101 geliefert wird, und es ist vorstellbar, dass in der Stromversorgungseinheit 103 eine Anomalie bzw. eine Fehlfunktion existiert; aus Sicherheitsgründen wird daher eine Abschaltverarbeitung, wie z.B. ein Stopp der elektrischen Stromversorgung an die Stromversorgungseinheit 103 im Schritt S607 implementiert. Ansprechend auf eine Anweisung von der Steuereinheit 105 wird, mit anderen Worten, das zwischen der Batterie 601 und der Stromversorgungseinheit 103 verbundene Relais 409 derart betrieben, dass die Versorgung mit elektrischer Leistung bzw. elektrischem Strom an die Stromversorgungseinheit 103 gestoppt wird.
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Nach der Abschaltverarbeitung im Schritt S607 wird eine Fehlfunktionsindikationslampe (im Folgenden als MIL (engl. Malfunction Indicator Lamp) bezeichnet, im Schritt S608 beleuchtet, um dem Fahrer eine Anomalie in dem System anzuzeigen; im Schritt S609 wird dann das EGR-Ventil 104 geschlossen gehalten, bis die Verbrennung stabilisiert.
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7 ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung der Wellenform der Primärspannung der Zündspule in der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Für den Fall, dass in dem oben stehenden Schritt S605 bestimmt wird, dass der P/H-Wert gleich oder größer als der zweite Schwellenwert 2 ist (Nein), folgt dem Schritt S605 der Schritt S610, in dem der negative Spitzenwert (im Folgenden als V1p bezeichnet) 702, dargestellt in 7, der Primärspannung (im Folgenden als V1 bezeichnet) der Zündspule 102 extrahiert wird. Bei V1p 702 handelt es sich um einen Wert, der proportional zu dem Wert einer Spannung zum Erzeugen einer Funkenentladung in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 ist. Durch Überprüfen des Werts von V1p 702 kann folglich bestimmt werden, ob oder ob nicht die Zündspule 102 wunschgemäß arbeitet.
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Das heißt, dass im Schritt S611 bestimmt wird, ob oder ob nicht V1p, wobei es sich um den negativen Spitzenwert von V1 der Zündspule 102 handelt, größer (kleiner bezüglich des diesbezüglichen absoluten Werts) ist als ein vorbestimmter dritter Schwellenwert 3; für den Fall, dass das Bestimmungsresultat „Ja“ ist, d.h., bestimmt wird, dass der Absolutwert nicht den gewünschten elektrischen Strom an die Zündkerze 101 liefert und somit keine Funkenentladung erzeugt wird, d.h., eine Art Anomalie bzw. Fehlfunktion in der Zündspule 102 existiert; im Schritt S608 wird dann die MIL beleuchtet, und dem Schritt S608 folgt der Schritt S609, wobei das EGR-Ventil geschlossen wird.
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Für den Fall, dass das Bestimmungsresultat im Schritt S611 „Nein“ ist, d.h., bestimmt wird, dass der Absolutwert von V1p größer als der dritte Schwellenwert 3 ist, folgt dem Schritt S611 der Schritt S603, wobei bestimmt wird, dass obwohl die Zündspule 102 wunschgemäß arbeitet, keine Funkenentladung erzeugt werden kann, d.h., eine Anomalie bzw. Fehlfunktion in der Zündkerze 101 existiert, so dass der Spalt zwischen der ersten Elektrode 101a und der zweiten Elektrode 101b der Zündkerze 101 derart erweitert wurde, dass der bestimmte Wert überschritten wird; die MIL wird dann im Schritt S608 beleuchtet, und dem Schritt S608 folgt der Schritt S609, wobei das EGR-Ventil geschlossen wird.
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Für den Fall, dass im Schritt S604 bestimmt wird, dass der P/H-Wert gleich zu oder größer als der erste Schwellenwert 1 ist (Nein), folgt dem Schritt S604 im Gegensatz dazu der Schritt S614, wobei bestimmt wird, ob oder ob nicht der P/H-Wert kleiner als ein vierter Schwellenwert 4 ist. Für den Fall, dass der P/H-Wert gleich zu oder größer als der vierte Schwellenwert 4 ist, gibt die Stromversorgungseinheit 103 einen Strom bzw. eine Energie aus, die gleich zu oder größer als der Strom bzw. die Energie ist, die durch die Steuereinheit 105 angewiesen wird, und es ist absehbar, dass die Stromversorgungseinheit 103 nicht in Ordnung ist. Für den Fall, dass sich dieser Zustand fortsetzt, kann daher ein kritischer Betriebsausfall in der Stromversorgungseinheit 103 auftreten; aufgrund eines exzessiven Stromflusses in den Funkenentladungsweg kann darüber hinaus die erste Elektrode 101a, wobei es sich um die Zentralelektrode der Zündkerze 101 handelt, und die zweite Elektrode 101b, wobei es sich um die diesbezügliche Masseelektrode handelt, schmelzen, um beschädigt oder verschlechtert zu werden.
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Für den Fall, dass im Schritt S614 bestimmt wird, dass der P/H-Wert gleich zu oder größer als der Schwellenwert 4 ist (Nein), folgt dem Schritt S614 entsprechend der Schritt S615, wobei die Steuereinheit 105 bestimmt, dass die Stromversorgungseinheit 103 nicht in Ordnung ist und daher ein exzessiver Strom an die Zündkerze 101 geliefert wird; dem Schritt S615 folgt dann der Schritt S607, in dem die Stromversorgungseinheit 103 abgeschaltet wird; die MIL wird dann im Schritt S608 beleuchtet, und dem Schritt S608 folgt der Schritt S609, in dem das EGR-Ventil geschlossen wird.
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Wenn das Bestimmungsresultat im Schritt S614 „Ja“ ist, d.h., in dem Fall, dass der P/H-Wert zwischen dem ersten Schwellenwert 1 und dem vierten Schwellenwert 4 ist und somit bestimmt wird, dass der Strompegel ausgegeben wird, der durch die Steuereinheit 105 angewiesen wird, wird im Gegensatz dazu der Integrationswert der Ausgabe des Stromtransformators 405 durch den Integrator 407 im Schritt S616 erhalten.
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Dem Schritt S616 folgt der Schritt S617, in dem im Folgenden bestimmt wird, ob oder ob nicht der Integrationswert der Ausgabe des Stromtransformators 405, der im Schritt S616 erhalten wird, kleiner ist als ein fünfter Schwellenwert 5. Wenn im Schritt S617 bestimmt wird, dass der Integrationswert der Ausgabe des Stromtransformators 405 gleich zu oder größer als der fünfte Schwellenwert 5 ist (Nein), kann bestimmt werden, dass obwohl ein Strom der gewünschten Größe an den Funkenentladungsweg geliefert wird, die diesbezügliche Versorgungsperiode die Periode überschritten hat, die durch die Steuereinheit 105 angewiesen ist. Mit anderen Worten ist in diesem Fall vorstellbar, dass die Stromversorgungseinheit 103 einen exzessiven Strom bzw. eine exzessive Energie ausgibt, und somit ein exzessiver Strom an den Funkenentladungsweg geliefert wird, so dass, wie oben beschrieben, die Stromversorgungseinheit 103 eine kritische Fehlfunktion bewirken kann oder einen Verschleiß in der ersten Elektrode 101a verursachen kann, wobei es sich um die Zentralelektrode der Zündkerze 101 handelt, sowie der zweiten Elektrode 101b, wobei es sich um die diesbezügliche Masseelektrode handelt.
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Wenn folglich das Bestimmungsresultat im Schritt S617 „Nein“ ist, folgt dem Schritt S617 der Schritt S615, in dem bestimmt wird, dass ein zu großer bzw. ein zu exzessiver Strom versorgt wird; im Schritt S607 wird dann die Stromversorgungseinheit 103 abgeschaltet; daraufhin wird im Schritt S608 die MIL beleuchtet, und dem Schritt S608 folgt der Schritt S609, wobei das EGR-Ventil geschlossen wird.
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Für den Fall, dass im Gegensatz dazu im Schritt S617 bestimmt wird, dass der Integrationswert der Ausgabe des Stromtransformators 405 kleiner als der fünfte Schwellenwert 5 ist (Ja), folgt dem Schritt S617 der Schritt S618, wobei bestimmt wird, ob oder ob nicht der Integrationswert der Ausgabe des Stromtransformators 405 kleiner als ein sechster Schwellenwert 6 ist. Wenn im Schritt S618 bestimmt wird, dass der Integrationswert der Ausgabe des Stromtransformators 405 kleiner als der sechste Schwellenwert 6 ist (Ja), legt dies nahe, dass obwohl ein Strompegel, der durch die Steuereinheit 105 angewiesen wird, an dem Funkenentladungsweg angewendet wird, die diesbezügliche Anwendungsperiode kürzer als die Periode ist, die durch die Steuereinheit 105 angewiesen wird. Auch in diesem Fall legt dies nahe, dass die Stromversorgungseinheit 103 gestört ist. Wenn das Bestimmungsresultat im Schritt S618 „Ja“ ist, heißt dies, dass bestimmt wird, dass aufgrund einer Anomalie bzw. Fehlfunktion in der Stromversorgungseinheit 103 Strom unzureichend geliefert wird; daher wird im Schritt S607 die Stromversorgungseinheit 103 abgeschaltet; im Schritt S608 wird dann die MIL beleuchtet, und dem Schritt S608 folgt der Schritt S609, wobei das EGR-Ventil geschlossen wird.
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Wenn das Bestimmungsresultat im Schritt S618 „Nein“ ist, legt dies nahe, dass der Integrationswert der Ausgabe des Stromtransformators 405 zwischen dem fünften Schwellenwert 5 und dem sechsten Schwellenwert 6 ist; es kann daher bestimmt werden, dass ein Strom des gleichen Pegels wie durch die Steuereinheit 105 angewiesen in der gleichen Periode ausgegeben wird wie durch die Steuereinheit 105 angewiesen, d.h., das gesamte System einschließlich der Stromversorgungseinheit 103 normal ist.
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Selbst wenn das EGR-Ventil 104 geöffnet wird, so dass der Pumpverlust in der Verbrennungskraftmaschine reduziert wird, kann eine stabile Verbrennung in dem Fall erreicht werden, in dem das System normal arbeitet; daher wird im Schritt S620 der gewünschte Öffnungsgrad des EGR-Ventils 104 beibehalten oder das EGR-Ventil 104 wird auf dessen optimalen Zustand geöffnet. Auf diese Art und Weise wird, wie oben beschrieben, der Ablauf der Diagnose durch die Diagnoseeinheit 106 beendet.
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Soweit es die oben stehende Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung betrifft, wurde aus Gründen des klaren Verständnisses des Betriebs die Erläuterung unter der Annahme durchgeführt, dass die Steuereinheit 105, die Stromversorgungseinheit 103 und die Zündspule 102 separat voneinander ausgebildet sind; die Stromversorgungseinheit 103 kann jedoch in der Steuereinheit 105 ausgebildet werden, wobei es sich um eine ECU handelt; die Stromversorgungseinheit 103 und die Zündspule 102 sind alternativ miteinander integriert und in einem einzelnen und dem gleichen Gehäuse angeordnet.
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Die Größenbeziehungen zwischen dem ersten Schwellenwert 1, dem zweiten Schwellenwert 2, dem vierten Schwellenwert 4 und dem P/H-Wert sind in 5A dargestellt. Die Größenbeziehungen zwischen dem fünften Schwellenwert 5, dem sechsten Schwellenwert 6 und dem Integrationswert des Funkenentladungs-Verstärkungsstroms sind in 5B dargestellt. Die Beziehung zwischen V1p, wobei es sich um den negativen Spitzenpegel von V1 der Zündspule 102 handelt, und dem dritten Schwellenwert 3 ist darüber hinaus in 7 dargestellt.
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Soweit es die oben stehende Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung betrifft, wurde zum Zweck des klaren Verständnisses des Betriebs die Erläuterung unter der Annahme durchgeführt, dass das Relais 409 und der BPF 404 separat voneinander ausgebildet sind; ein Sicherheitsabschaltsystem, wie z.B. das Relais 409, kann jedoch in der Stromversorgungseinheit 103 angeordnet sein, oder der BPF 404 kann in der Stromversorgungseinheit 103 angeordnet sein. Die Zündspule 102 und BPF 404 können in einem einzelnen und dem gleichen Gehäuse angeordnet sein. Darüber hinaus wird vermerkt, dass in der Konfiguration, die in 4 dargestellt ist, die ausbildenden Elemente, die in einem einzelnen und dem gleichen Gehäuse angeordnet sind, frei gemäß der Situation bestimmt werden können.
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In der Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, das EGR-Ventil geöffnet, um eine Funkenentladung zu verstärken, so dass der Pumpverlust in der Verbrennungskraftmaschine reduziert wird und eine stabile Verbrennung erreicht werden kann, selbst dann, wenn das Verhältnis verbrannten Gases in der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine ansteigt; die Kraftstoffverbrauchsgröße der Verbrennungskraftmaschine kann daher reduziert werden; der Kohlendioxid-Footprint kann somit stark verringert werden und die Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung kann daher zur Bewahrung der Umwelt beitragen. Es wird darüber hinaus diagnostiziert, ob oder ob nicht eine Funkenentladung verstärkt wird; für den Fall, dass die Funkenentladung nicht verstärkt wird, wird das EGR-Ventil schnell geschlossen, so dass es möglich wird, eine instabile Verbrennung zu verhindern, bei der nicht verbranntes Gas ausströmt oder ein Abgas beeinträchtigt wird; die Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung kann somit zur Bewahrung der Umwelt beitragen.
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In einem anderen Beispiel kann die Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert werden, dass die Leitungsweg-Erzeugungseinheit 102 mit einer Primärspule konfiguriert ist, die mit einem elektrischen Strom versorgt wird, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen und eine magnetische Flussenergie zu akkumulieren, sowie eine zweite Spule, die mit der primären Spule magnetisch gekoppelt ist und die akkumulierte magnetische Flussenergie ausgibt, um eine vorbestimmte Hochspannung zu erzeugen, wobei ein Anschluss der zweiten Spule mit einem Hochspannungsanschluss zum Versorgen der Hochspannung an die Zündkerze 101 verbunden ist, wobei die Diagnoseeinheit 106 mit einer Stromerfassungseinheit ausgestattet ist, die einen durch die Stromversorgungseinheit 103 zu liefernden Strom erfasst, und eine Primärspannungs-Erfassungseinheit, die eine Primärspannung erfasst, die über die Primärspule erzeugt wird, wenn die akkumulierte magnetische Flussenergie freigegeben wird, und wobei die Diagnoseeinheit 106 zumindest eines von dem Betriebszustand der Stromversorgungseinheit 103, des Betriebszustands der Zündkerze und des Betriebszustands der Zündspule diagnostiziert, auf Grundlage des Stromes, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, und der Primärspannung, die durch die Primärspannungs-Erfassungseinheit erfasst wird.
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Die Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung kann derart konfiguriert sein, dass die Stromversorgungseinheit 103 mit einer Funktionsstoppeinheit bereitgestellt ist, die deren eigene Funktion stoppen kann, und die in dem Fall, dass die Diagnoseeinheit 106 bestimmt, dass die Stromversorgungseinheit 103 nicht normal Strom an den Leitungspfad liefert, der in dem Spalt der Zündkerze 101 ausgebildet ist, die Steuereinheit 105 die Funktionsstoppeinheit steuert, und dass die Funktion der Stromversorgungseinheit 103 gestoppt wird.
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Eine Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem Automobil, einem Motorrad, einem Außenbordmotor, einer Extramaschine oder dergleichen montiert und verwendet eine Verbrennungskraftmaschine, und kann die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine sicher erhöhen; die Verbrennungskraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung leistet daher einen Beitrag zum Lösen des Kraftstofferschöpfungsproblems und zum Schutz bzw. Erhalt der Umwelt.
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Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung sind dem Durchschnittsfachmann ersichtlich, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, und es wird verstanden, dass diese nicht auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist.
