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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere eine Zündvorrichtung, in der eine Aktivierungsschaltung zum Aktivieren einer Zündkerze mit zwei Wicklungspaaren versehen ist, und eine Mehrfachzündung durchgeführt wird, indem eine hohe Sekundärspannung bei vergleichsweise kurzen Zeitintervallen erzeugt wird.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Die
japanische Patentschrift Nr. 5047247 (JP'247) offenbart eine Zündvorrichtung, in der in der Aktivierungsschaltung zum Aktivieren einer Zündkerze mit zwei Wicklungspaaren versehen ist, und die Zündung durchgeführt wird, indem das oder die benutzten Wicklungspaar(e) gemäß der elektrischen Entladungs-Energieanforderung für die Zündkerze geändert wird. In dieser Vorrichtung wird die Zündung mittels eines Wicklungspaars durchgeführt, während die elektrische Entladungs-Energieanforderung vergleichsweise niedrig ist, und eine Mehrfachzündung mittels zweier Wicklungspaare in einem Zyklus wird in einem Leistungsverstärkungszündbereich durchgeführt, wo die elektrische Entladungs-Energieanforderung vergleichsweise hoch ist. Ferner zeigt die JP'247 auch eine Steuerung, wobei die Zündung durch abwechselnde Verwendung von einem der zwei Wicklungspaare für jede vorbestimmte Anzahl von Zyklen durchgeführt wird.
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Gemäß der in
JP'247 gezeigten Vorrichtung wird eine gleichzeitige Entladung oder eine wechselnde Entladung mittels der zwei Wicklungspaare in dem Leistungsverstärkungszündbereich durchgeführt, wie in
3 der JP'247 gezeigt. Jedoch wird bei der gleichzeitigen Entladung der Entladungsstrom der Zündkerze vergleichsweise groß, was ein Problem darin verursacht, dass leicht ein Verschleiß der Zündkerze durch Zerstäubung (Kollision von positiven Ionen mit der Kerzenelektrode) auftritt.
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Ferner tritt bei der wechselnden Entladung eine zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms (kurzdauernde Unterbrechung des Entladestroms) auf, und die Entladung wird unmittelbar nach der zeitweiligen Unterbrechung wieder gestartet. Jedoch wird der Entladestrom zu Beginn der Entladung maximal (beim Auftreten des Isolations-Zusammenbruchs). Wenn daher die Startfrequenz der Entladung hoch wird, besteht ein Problem, dass der Verschleiß der Zündkerze begünstigt wird, indem die Zündkerze aufgrund des häufigen Starts der Entladung schmilzt. Daher besteht in der oben beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung Raum für Verbesserung bei der Entladungssteuerung zum Unterdrücken des Verschleißes der Zündkerze.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Punkte durchgeführt, und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, Zündsignale, die den zwei Wicklungspaaren zugeführt werden, geeignet zu erzeugen und Verschleiß der Zündkerze zu unterdrücken.
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Zur Lösung der obigen Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor vor, die aufweist: zumindest eine Zündkerze (1), eine Aktivierungsschaltung (2), die mit ersten und zweiten Wicklungspaaren (11, 12) entsprechend einer Zündkerze versehen ist, um in der zumindest einen Zündkerze (1) eine Funkenentladung zu erzeugen, sowie ein Steuermittel zum Erzeugen von ersten und zweiten Zündsignalen (S11, S12), die jeweils den ersten und zweiten Wicklungspaaren (11, 12) zugeführt werden. Das Steuermittel erzeugt die ersten und zweiten Zündsignale (S11, S12), derart, dass eine erste Entladungsperiode (TSP1) und eine zweite Entladungsperiode (TSP2) während einer Überlappungsentladungsperiode (TVOL) einander partiell überlappen, wobei die Überlappungsentladungsperiode (TVOL) gleich einer gesetzten Überlappungsperiode (TOVLSET) gemacht wird, und eine Startzeit (t2) der ersten Entladungsperiode (TSP1) vor einer Startzeit (t3) der zweiten Entladungsperiode (TSP2) liegt. Die erste Entladungsperiode (TSP1) ist eine Zeitperiode von Start bis Ende einer elektrischen Entladung, die durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der einer ersten Primärwicklung (11a) zugeführt wird, die das erste Wicklungspaar (11) darstellt, und die zweite Entladungsperiode (TSP2) ist eine Zeitperiode von Start bis Ende einer elektrischen Entladung, die durch elektrischen Strom erzeugt wird, die einer zweiten Primärwicklung (12a) zugeführt wird, welche das zweite Wicklungspaar (12) darstellt. Die gesetzte Überlappungsperiode (TOVLSET) wird gemäß der ersten Entladungsperiode (TSP1), einem zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwert (ISPTH) und einem Entladungsstartstromwert (ISPPKL), der ein Entladungsstromwert zur Startzeit (t2) der ersten Entladungsperiode (TSP1) ist, gesetzt. Der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert (ISPTH) ist ein Minimalwert des Entladestromwerts, bei dem keine zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms in der Zündkerze (1) stattfindet.
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Mit dieser Konfiguration werden die ersten und zweiten Zündsignale so erzeugt, dass sie die vorliegenden Bedingungen erfüllen:
- 1) die erste Entladeperiode von Start bis Ende der elektrischen Entladung, die durch elektrischen Strom erzeugt wird, der der ersten Primärwicklung zugeführt wird, und die zweite Entladeperiode seit dem Start bis Ende der elektrischen Entladung, die durch elektrischen Strom erzeugt wird, die der zweiten Primärwicklung zugeführt wird, überlappen einander partiell während der Überlappungsentladungsperiode;
- 2) die Startzeit der ersten Entladungsperiode ist vor der Startzeit der zweiten Entladungsperiode; und
- 3) die Überlappungsentladungsperiode wird gleich der gesetzten Überlappungsperiode gemacht, welche gemäß der ersten Entladungsperiode, dem zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwert und dem Entladestartstromwert gesetzt wird, der ein Entladestromwert zur Startzeit der ersten Entladeperiode ist.
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Indem die ersten und zweiten Zündsignale wie oben beschrieben erzeugt werden und die gesetzte Überlappungsperiode geeignet gesetzt wird, ist es möglich, die Mehrfachzündung durchzuführen, indem der Maximalwert des Entladestroms so stark wie möglich reduziert wird, innerhalb des Bereichs, wo keine zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms stattfindet, um hierdurch Verschleiß der Zündkerze zu unterdrücken.
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Bevorzugt startet das Steuermittel die Stromzufuhr zur zweiten Primärwicklung (12a), wenn eine Offset-Zeitperiode (TOSF) ab der Startzeit (t0) der Stromzufuhr zur ersten Primärwicklung (11a) abgelaufen ist, und wird Stromzufuhrperiode (TON1) der ersten Primärwicklung (11a) gleich der Stromzufuhrperiode (TON2) der zweiten Primärwicklung (12a) gesetzt. Ferner wird die Offset-Zeitperiode (TOSF) auf die Zeitperiode gesetzt, die durch Subtrahieren der gesetzten Überlappungsperiode (TOVLSET) von der ersten Entladungsperiode (TSP1) erhalten wird.
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Mit dieser Konfiguration wird die Stromzufuhrperiode der ersten Primärwicklung so gesetzt, dass sie gleich der Stromzufuhrperiode der zweiten Primärwicklung ist, wobei die Stromzufuhr zu der zweiten Primärwicklung gestartet wird, wenn die Offset-Zeitperiode ab der Startzeit der Stromzufuhr zur ersten Primärwicklung (11a) abgelaufen ist, und wird die Offset-Zeitperiode auf die Zeitperiode gesetzt, die durch Subtrahieren der gesetzten Überlappungsperiode von der ersten Entladungsperiode erhalten wird. Indem die Zufuhrstromsteuerung der ersten und zweiten Primärwicklungen wie oben beschrieben durchgeführt wird, kann die Überlappungsentladungsperiode so gemacht werden, dass sie mit der gesetzten Überlappungsperiode zusammenfällt.
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Bevorzugt wird die gesetzte Überlappungsperiode auf eine Zeitperiode gesetzt, die in der Nähe einer Zielperiode (TTGT) liegt, die mit der vorliegenden Gleichung (A) berechnet wird, und gleich oder länger als die Zielperiode (TTGT) ist. TTGT = TSP1 × ISPTH/ISPPKL (A) wobei TTGT die Zielperiode ist, TSP1 die erste Entladungsperiode ist, ISPTH der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ist und ISPPKL der Entladungsstartstromwert ist.
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Mit dieser Konfiguration wird die gesetzte Überlappungsperiode auf die Zeitperiode gesetzt, die in der Nähe der mit Gleichung (A) berechneten Zielperiode liegt, und ist gleich oder länger als die Zielperiode. Alternativ ist es möglich, den Maximalwert des Entladestroms auf einen Minimalwert innerhalb des Bereichs zu reduzieren, wo keine zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms stattfindet, und die gesetzte Überlappungsperiode auf einen Optimalwert zu setzen, um Verschleiß der Zündkerze aufgrund von Zerstäubung zu vermeiden.
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Bevorzugt enthält das Steuermittel ein Zeitweiliger-Unterbrechungsschwellenwert-Berechnungsmittel zum Berechnen des zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwerts (ISPTH) gemäß zumindest einem Motorbetriebsparameter (NE, GA), der mit dem Gasstrom korreliert, der in einer Brennkammer des Motors erzeugt wird, und das Steuermittel setzt die gesetzte Überlappungsperiode (TOVLSET) unter Verwendung des zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwerts (ISPTH), der durch das Zeitweiliger-Unterbrechungsschwellenwert-Berechnungsmittel berechnet ist.
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Mit dieser Konfiguration wird der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert gemäß zumindest einem Motorbetriebsparameter berechnet, der mit dem Gasstrom korreliert, der in der Brennkammer des Motors erzeugt wird, und die gesetzte Überlappungsperiode wird mittels des berechneten zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwerts gesetzt. Der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ändert sich in Abhängigkeit vom Zustand der Gasströmung, die in der Brennkammer erzeugt wird. Dementsprechend kann, durch Berechnen des zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwerts gemäß dem/den Motorbetriebsparameter(n), der mit dem Gasstrom korreliert, und Setzen der gesetzten Überlappungsperiode mittels des berechneten zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwerts, die gesetzte Überlappungsperiode entsprechend dem Motorbetriebszustand geeignet gesetzt werden.
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Zum Beispiel wird im Niederdrehzahlbetriebsbereich oder im Niederlastbetriebsbereich des Motors der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert zu einem vergleichsweise kleinen Wert. Dementsprechend kann, indem die gesetzte Überlappungsperiode entsprechend dem zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwert kürzer gemacht wird, der Maximalwert des Entladestroms reduziert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Konfiguration eines Hauptteils einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein vertikaler Schnitt, der zwei Wicklungspaare zeigt, die in der Zündvorrichtung enthalten sind, sowie einen Kern, um den die Wicklungspaare herumgewickelt sind;
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3A und 3B zeigen Graphen zur Darstellung von Beziehungen zwischen der Motordrehzahl (NE) und einem Spitzenwert (VbP) einer Spannung zwischen beiden Enden einer Sekundärwicklung (11b, 12b);
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4A und 4B sind Zeitdiagramme, die Änderungen in Zündsignalen (SI1, SI2), Sekundärwicklungsströmen (IC1b, IC2b) und einem Entladestrom (ISP) im Überlappungszündmodus und im Wechselzündmodus zeigt;
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5 zeigt Zeitdiagramme, die Änderungen in den Zündsignalen (SI1, SI2) und dem Entladestrom (ISP) im Überlappungszündmodus zeigen;
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6 zeigt eine Beziehung zwischen einer Offset-Zeitperiode (TOFS), die eine Differenz zwischen den Stromzufuhrstartzeiten der zwei Primärwicklungen angibt, und einem Spitzenentladestrom (ISPPK) und einem minimalen Entladestrom (ISPMN);
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7A und 7B sind Zeichnungen zur Erläuterung, dass die Offset-Zeitperiode (TOFSTH), die eine zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms verhindern kann, sich in Abhängigkeit von einem Maximalwert (ISPPKL) des minimalen Entladestroms (ISPMN) und einer Entladeperiode (TSP) ändert; und
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8 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung eines Falls, wo Stromzufuhrperioden (TON1, TON2) der zwei Zündsignale (SI1, SI2) im Überlappungszündmodus voneinander unterschiedlich sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Nun werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine Konfiguration eines Hauptteils einer Zündvorrichtung für ein Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, und 2 ist ein vertikaler Schnitt, der zwei Wicklungspaare zeigt, die in der Zündvorrichtung enthalten sind, sowie einen Kern, um den die Wicklungspaare herum gewickelt sind.
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Der Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) hat zum Beispiel vier Zylinder, und jeder Zylinder ist mit einer Zündkerze 1 versehen. Eine Aktivierungsschaltung 2 zum Erzeugen einer Funkenentladung in der Zündkerze 1 ist mit zwei Wicklungspaaren 11 und 12 versehen. Das erste Wicklungspaar 11 ist konfiguriert, indem eine Primärwicklung 11a und eine Sekundärwicklung 11b um einen Kern 10 herum gewickelt sind, und das zweite Wicklungspaar 12 ist konfiguriert, indem eine Primärwicklung 12a und eine Sekundärwicklung 12b um den Kern 10 herum gewickelt sind.
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Der Kern 10 wird konfiguriert, indem beschichtete dünne Eisenplatten lückenfrei zusammengebaut werden. Wie in 2 gezeigt, enthält der Kern 10 einen ersten Hauptkern 10a, um den das erste Wicklungspaar 11 gewickelt ist, einen zweiten Hauptkern 10b, um den das zweite Wicklungspaar 12 gewickelt ist, sowie periphere Kerne 10c und 10d, die einen Magnetkreis mit den Hauptkernen 10a und 10b darstellen. Sowohl der Magnetfluss, der durch Stromzufuhr zur ersten Primärwicklung 11a des ersten Wicklungspaars 11 erzeugt wird, als auch der Magnetfluss, der durch Stromzufuhr zur zweiten Primärwicklung 12a des zweiten Wicklungspaars 12 erzeugt wird, laufen durch den peripheren Kern 10 hindurch. Dementsprechend ist der periphere Kern 10c so konfiguriert, dass dessen Querschnittsfläche größer ist als die Querschnittsfläche der Hauptkerne 10a und 10b.
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Die einen Enden der Primärwicklungen 11a und 12b sind mit der positiven Elektrode einer Batterie 4 verbunden, und die anderen Enden sind mit den Kollektoranschlüssen von Transistoren Q1 und Q2 als Schaltelemente verbunden. Die Emitteranschlüsse der Transistoren Q1 und Q2 sind mit Masse verbunden, und deren Basisanschlüsse sind mit der elektronischen Steuereinheit (nachfolgend als „ECU”) 3 verbunden. Die Zündsignale SI1 und SI2 werden von der ECU 3 den Basisanschlüssen der Transistoren Q1 und Q2 zugeführt, und der Ein-/Auszustand der Transistoren Q1 und Q2 wird durch die ECU 3 gesteuert.
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Die eine Elektrode der Zündkerze 1 ist mit der Masse verbunden, und die andere Elektrode der Zündkerze 1 ist mit den einen Enden der Sekundärwicklungen 11b und 12b durch Dioden D1 und D2 verbunden. Die anderen Enden der Sekundärwicklungen 11b und 12b sind mit der Masse verbunden.
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Ein Drehzahlsensor 21 zum Erfassen einer Motordrehzahl NE, ein Einlassluftströmungsratensensor 22 zum Erfassen einer Einlassluftströmungsrate GA des Motors 1, und andere nicht dargestellte Sensoren sind mit der ECU 3 verbunden. Die Erfassungssignale von den Sensoren werden der ECU 3 zugeführt. Die ECU 3 führt, basierend auf den Erfassungssignalen von den Sensoren, eine Steuerung/Regelung einer Kraftstoffeinspritzmenge durch das Kraftstoffeinspritzventil (nicht gezeigt) durch, sowie die nachfolgend beschriebene Zündsteuerung (Erzeugung der Zündsignale SI1 und SI2).
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Wenn die Transistoren Q1 und Q2 mit den Zündsignalen SI1 und SI2 eingeschaltet werden, wird der Primärstrom den Primärwicklungen 11a und 12a zugeführt. Wenn die Transistoren Q1 und Q2 ausgeschaltet werden, wird zwischen beiden Enden der Sekundärwicklungen 11b und 12b eine hohe Spannung erzeugt, und es wird eine Funkenentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 1 erzeugt. Der Entladestrom ISP nimmt zu Beginn der Entladung einen Maximalwert ein, und nimmt allmählich im Verlauf der Zeit ab.
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In dieser Ausführung erfolgt die Zündsteuerung so, dass der Steuermodus gemäß der Motordrehzahl umschaltet zwischen einem Überlappungszündmodus und einem Wechselzündmodus, wobei die Sekundärspannung Vb zwischen den beiden Enden der Sekundärwicklungen 11b und 12b der ersten und zweiten Wicklungspaare 11 und 12 im Überlappungszündmodus zu vergleichsweise kurzen Zeitintervallen erzeugt wird, und im Wechselzündmodus die Zündung des ersten Wicklungspaars 11 und die Zündung des zweiten Wicklungspaars 12 für einen jeden Verbrennungszyklus abwechselnd durchgeführt werden.
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Die 3A und 3B zeigen Graphen zur Darstellung von Beziehungen zwischen der Motordrehzahl NE und einem Spitzenwert VbP der Spannung zwischen beiden Enden der Sekundärwicklungen 11b und 12b (VbP wird nachfolgend als „Spitzensekundärspannung” bezeichnet). Die durchgehende Linie L1 entspricht dem Überlappungszündmodus, und die durchgehende Linie L2 entspricht dem Wechselzündmodus. Wie aus 3A klar wird, ist die Spitzensekundärspannung VbP im Überlappungszündmodus L1 niedriger als jene im Wechselzündmodus L2. Ferner entspricht die in 3A gezeigte gestrichelte Linie L3 einer angeforderten Zündspannung VIGINI in dem Zustand, wo die Zündkerze 1 nicht schlechter geworden ist (VIGINI wird nachfolgend als „anfängliche Anforderungszündspannung” bezeichnet, und die durchgehende Linie L4 entspricht der angeforderten Zündspannung VIGDET in dem Zustand, wo die Zündkerze 1 durch Verschleiß oder dergleichen schlechter geworden ist (VIGDET wird nachfolgend als „verschlechterte Anforderungszündspannung” bezeichnet). Die angeforderte Zündspannung ist die minimale Spannung, die in der Lage ist, in der Zündkerze 1 eine elektrische Entladung zu erzeugen. Es ist anzumerken, dass die Spitzensekundärspannung VbP reduziert wird, wenn die Motordrehzahl NE zunimmt, um einen Temperaturanstieg des Wicklungspaars zu unterdrücken.
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Wie in den 3A und 3B, wird die verschlechterte angeforderte Zündspannung VIGDET (L4) höher als die anfängliche angeforderte Zündspannung VIGINI (L3). Ferner wird im Überlappungszündmodus die Spitzensekundärspannung VbP (L1) niedriger als die verschlechterte angeforderte Zündspannung VIGDET (L4), was es unmöglich macht, die Zündung durchzuführen, wenn die Motordrehzahl NE hoch wird. Andererseits ist im Wechselzündmodus die Spitzensekundärspannung VbP (L2) höher als die verschlechterte angeforderte Zündspannung VIGDET (L4) auch im Hochdrehzahlzustand, was es möglich macht, die Zündung sicher durchzuführen.
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Dementsprechend wird in dieser Ausführung die Zündsteuerung, wie in 3B gezeigt, so ausgeführt, dass die Zündung durch den Überlappungszündmodus erfolgt, wenn die Motordrehzahl NE gleich oder niedriger als ein Drehzahlschwellenwert NETH (zum Beispiel 4000 UpM) ist, und die Zündung im Wechselzündmodus durchgeführt wird, wenn die Motordrehzahl NE höher als der Drehzahlschwellenwert NETH ist.
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4A und 4B sind Zeitdiagramme, die Änderungen in den Zündsignalen SI1 und SI2, den Sekundärwicklungsströmen IC1b und IC2b, und dem Entladungsstrom ISP im Überlappungszündmodus und Wechselzündmodus zeigen. 4A entspricht dem Überlappungszündmodus, und 4B entspricht dem Wechselzündmodus. Diese Beschreibung beruht auf Absolutwerten in Bezug auf die Größenbeziehung des Entladestromwerts oder Änderungen (Zunahme oder Abnahme) im Entladungsstromwert, obwohl die Sekundärwicklungsströme IC1b und IC2b und der Entladestrom ISP in den 4A und 4B als negative Werte angegeben sind, (da diese Parameter vom Zustand „0” abwärts zunehmen).
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Im Überlappungszündmodus werden die Zündsignale SI1 und SI2 jeweils mit einer gewissen Zeitdifferenz für einen jeden Verbrennungszyklus TCYCL ausgegeben. Die elektrische Entladung beginnt ab der Auszeit des Zündsignals, und die Sekundärwicklungsströme IC1b und IC2b werden zugeführt. Der Entladestrom ISP zwischen den Elektroden der Zündkerze 1 ist gleich einer Summe der Sekundärwicklungsströme IC1b und IC2b. Dementsprechend wird der Spitzenwert des Entladestroms ISP größer als jener des Entladestroms ISP der Zündung, die von nur einem Wicklungspaar durchgeführt wird.
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In dem Wechselzündmodus wird eines der Zündsignale SI1 und SI2 für einen jeden Verbrennungszyklus TCYCL ausgegeben, und die Sekundärwicklungsströme IC1b und IC2b werden für einen jeden Verbrennungszyklus TCYCL abwechselnd zugeführt. Dementsprechend ist der Spitzenwert des Entladestroms ISP gleich jenem des Entladestroms ISP bei der Zündung, die von nur einem Wicklungspaar durchgeführt wird.
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5 zeigt Zeitdiagramme, die Änderungen in den Zündsignalen SI1 und SI2, und des Entladestroms ISP in dem Überlappungszündmodus darstellen. Das Verfahren zum Erzeugen der Zündsignale SI1 und SI2 im Überlappungszündmodus wird nachfolgend in Bezug auf 5 beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die Komponentennamen und Parameter in Bezug auf das erste Wicklungspaar als „erste” bezeichnet, und sind die Komponentennamen und die Parameter in Bezug auf das zweite Wicklungspaar mit „zweite” bezeichnet.
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Die Zündsignale SI1 und SI2 werden so erzeugt, dass die Stromzufuhr zur ersten Primärwicklung 11a während der Periode von t0 bis t2 durchgeführt wird, und die Stromzufuhr zur zweiten Primärwicklung 12a während der Periode t1 bis t3 durchgeführt wird. In anderen Worten, die Zündsignale SI1 und SI2 werden so erzeugt, dass die Stromzufuhrperioden der ersten und zweiten Primärwicklungen 11a und 12a einander partiell überlappen, und die Stromzufuhr zur zweiten Primärwicklung 12a endet zur Zeit t3, nach der Zeit t2 ist, bei der die Stromzufuhr zur ersten Primärwicklung 11a endet.
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Der Entladestrom ISP nimmt in diesem Fall einen Spitzenwert ein, entsprechend dem Stromzufuhrende der ersten Primärwicklung 11a zur Zeit t2, und nimmt danach allmählich ab. Zur Zeit t3 nimmt der Entladestrom ISP einen anderen Spitzenwert ein, entsprechend dem Stromzufuhrende der zweiten Primärwicklung 12a. In dieser Beschreibung ist der in 5 gezeigte größte Spitzenwert als Spitzenentladestrom ISPPK definiert; wobei der Entladestrom, unmittelbar bevor der zweite Sekundärwicklungsstrom IC2b zur Zeit t3 zu fließen beginnt, als minimaler Entladestrom ISPMN definiert ist; und die Dauer ab der Zeit t0 bis zur Zeit t1 als die Offset-Zeitperiode TOFS definiert ist. 6 zeigt eine Beziehung zwischen der Offset-Zeitperiode TOFS und dem Spitzenentladestrom ISPPK sowie eine Beziehung zwischen der Offset-Zeitperiode TOFS und dem minimalen Entladestrom ISPMN. In 6 entspricht die gestrichelte Linie dem Spitzenentladestrom ISPPK, und die durchgehende Linie entspricht dem minimalen Entladestrom ISPMN.
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In dieser Asführung ist die Stromzufuhrperiode TON1 der ersten Primärwicklung 11a gleich der Stromzufuhrperiode TON2 der zweiten Primärwicklung 12a. Ferner ist die Periode, während der der erste Sekundärstrom IC1b durch die erste Sekundärwicklung 11b fließt, d. h. die Periode ab dem Start t2 bis zum Ende t4 der elektrischen Entladung, die durch die Stromzufuhr zur ersten Primärwicklung 11a erzeugt wird, als erste Entladeperiode TSP1 definiert. Ähnlich ist die Periode, während der der zweite Sekundärstrom IC2b durch die zweite Sekundärwicklung 12b fließt, d. h. die Periode seit dem Start (t3) bis zum Ende (t5) der elektrischen Entladung, die durch die Stromzufuhr zur zweiten Primärwicklung 12a erzeugt wird, als zweite Entladeperiode TSP2 definiert.
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Wenn die Offset-Zeitperiode TOFS „0” ist, d. h., wenn die Stromzufuhrperioden der ersten und zweiten Primärwicklungen 11a und 12a einander vollständig überlappen, überlappen auch die Perioden, während denen die Sekundärwicklungsströme IC1b und IC2b fließen, einander.
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Dementsprechend verschwindet zur Zeit t3 die Spitze, welche den lokalen Minimalwert ISPMN angibt. In diesem Fall kann der minimale Entladestrom ISPMN so betrachtet werden, dass er gleich einem Spitzenwert ISPPKL des Sekundärwicklungsstroms IC1b entsprechend dem ersten Wicklungspaar 11 ist (ISPPKL wird nachfolgend als „minimaler Spitzenwert” bezeichnet). Der Spitzenentladestrom ISPPK ist gleich einem maximalen Spitzenwert ISPPKH entsprechend einem Wert, der angenähert das doppelte des minimalen Spitzenwerts ISPPKL beträgt. Der minimale Spitzenwert ISPPKL entspricht einem Ladestromwert zu Beginn der elektrischen Entladung, welche durch die im ersten Wicklungspaar 11 erzeugte Sekundärspannung erzeugt wird.
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Der minimale Entladestrom ISPMN und der Spitzenentladestrom ISPPK nehmen ab, wenn die Offset-Zeitperiode TOFS zunimmt. Wenn die Offset-Zeitperiode TOFS gleich der ersten Entladeperiode TSP1 ist, ist der minimale Entladestrom ISPMN gleich „0” und ist der Spitzenentladestrom ISPPK gleich dem minimalen Spitzenwert ISPPKL.
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Wenn der minimale Entladestrom ISPMN klein wird, kommt es zu einer kurzen Unterbrechungsperiode des Entladestroms (nachfolgend als „zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms” bezeichnet). Wenn die zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms auftritt, wird am Ende der Stromzufuhr zur zweiten Primärwicklung 12a die Entladung anschließend wieder gestartet. Dementsprechend wird die Startfrequenz der Entladung hoch und wird der Verschleiß der Zündkerze 1 begünstigt. Es ist daher erforderlich, die Zündsignale SI1 und SI2 so zu erzeugen, dass der minimale Entladestrom ISPMN einen geeigneten Wert einnimmt.
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Das in 6 gezeigte ISPTH bezeichnet den Minimalwert (zum Beispiel etwa 30 mA) des Entladestroms, bei dem die zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms überhaupt nicht auftritt, und ISPTH wird nachfolgend als „zeitweiliger Unterbrechungsschwellenwert” bezeichnet. Wenn der minimale Entladungsstrom ISPMN gleich oder größer als der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH ist, kann die zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms sicher verhindert werden. Dementsprechend ist der größte Wert der Offset-Zeitperiode TOFS, der die zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms sicher verhindern kann, gleich TOFSTH, wie in 6 gezeigt. TOFSTH wird nachfolgend als „zeitweilige Unterbrechungsverhinderungs-Offset-Periode” bezeichnet.
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Der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH tendiert zu einer Änderung in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Insbesondere tendiert der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH zur Zunahme, wenn die Motordrehzahl zunimmt, und zur Zunahme, wenn die Last am Motor zunimmt. Dementsprechend wird in dieser Ausführung der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH vorab auf einen Wert gesetzt, bei dem die zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms auch im Hochdrehzahl- und Hochlastzustand, was den schwierigsten Bedingungen entspricht, nicht auftritt.
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Der Spitzenentladestrom ISPPK nimmt zu, wenn die Offset-Zeitperiode TOFS abnimmt, was die Möglichkeit erhöht, dass in der Zündkerze 1 aufgrund von Zerstäubung Verschleiß auftritt. Dementsprechend kann, durch Setzen der Offset-Zeitperiode TOFS auf die vorübergehende Unterbrechungsverhinderungs-Offset-Zeitperiode TOFSTH der Spitzenentladestrom ISPPK in dem Bereich minimal gemacht werden, wo die vorübergehende Unterbrechung des Entladestroms nicht auftritt. In anderen Worten, dies ist die beste Einstellung für die Offset-Zeitperiode TOFS, um Verschleiß der Zündkerze 1 zu unterdrücken.
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Das Setzen der Offset-Zeitperiode TOFS auf die vorübergehende Unterbrechungsverhinderungs-Offset-Zeitperiode TOFSTH entspricht dem Setzen einer Überlappungsentladungsperiode TOVL auf eine Zielperiode TTGT, die durch die folgende Gleichung (1) wird. Die Überlappungsentladungsperiode TOVL ist, wie in 5 gezeigt, eine Überlappungsperiode der ersten Entladungsperiode TSP1 und der zweiten Entladungsperiode TSP2, welche durch die Sekundärspannungen verursacht wird, die durch das Wicklungspaar 11 und 12 erzeugt werden. Die Gleichung 1 erhält man basierend auf der empirischen Tatsache, dass die Beziehung zwischen der Offset-Zeitperiode TOFS und dem minimalen Entladestrom ISPMN im Wesentlichen linear ist, wie in 6 gezeigt. TTGT = TSP1 × ISPTH/ISPPKL (1)
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Es ist erwünscht, die Überlappungsentladungsperiode TOVL so zu setzen, dass sie mit der Zielperiode TTGT zusammenfällt. Jedoch ist es schwierig, die Überlappungsentladungsperiode TOVL vollständig mit der Zielperiode TTGT in Übereinstimmung zu bringen. Dementsprechend werden die Zündsignale SI1 und SI2 so erzeugt, dass die Überlappungsentladungsperiode TOVL mit der gesetzten Überlappungsperiode TOVLSET zusammenfällt, die sich in der Nähe der Zielperiode TTGT befindet, und gleich oder größer als die Zielperiode TTGT ist. Um die Überlappungsentladungsperiode TOVL mit der gesetzten Überlappungsperiode TOVLSET in Übereinstimmung zu bringen, wird die Offset-Zeitperiode TOFS durch die folgende Gleichung (2) gesetzt. Die Gleichung (2) erhält man wie folgt. In dieser Ausführung ist die erste Stromzufuhrperiode TON1 gleich der zweiten Stromzufuhrperiode TON2, und demzufolge ist die Offset-Zeitperiode TOFS von der Zeit t0 bis zur Zeit t1 gleich der Periode von der Zeit t2 bis zur Zeit t3. TOFS = TSP1 – TOVLSET (2)
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Die 7A und 7B sind Zeichnungen zur Erläuterung, dass die zeitweilige Unterbrechungsverhinderungs-Offset-Zeitperiode TOFSTH sich in Abhängigkeit von dem minimalen Spitzenwert ISPPKL und der Entladungsperiode TSP1 ändert. Der minimale Spitzenwert ISPPKL ist ein Maximalwert des minimalen Entladestroms ISPMN, d. h. der Entladungsstromwert bei Beginn der Entladung, die durch die Sekundärspannung des ersten Wicklungspaars 11 verursacht wird. Der minimale Spitzenwert ISPPKL und die Entladeperiode TSP1 sind Parameter, die durch die Spezifikation der Wicklungspaare 11 und 12 bestimmt sind.
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7A zeigt eine Beziehung entsprechend einem Fall, wo der minimale Spitzenwert ISPKL einen vergleichsweise kleinen Wert von etwa 50 mA einnimmt, und die Entladungsperiode TSP1 vergleichsweise kurz ist. In diesem Fall ist die zeitweilige Unterbrechuungsverhinderungs-Offset-Zeitperiode TOFSTH relativ kurz in Bezug auf die Entladungsperiode ISP1, und die Überlappungsentladungsperiode TOVL ist relativ lang in Bezug auf die Entladungsperiode TSP1 (entsprechend einem Wert von etwa 60% der Entladungsperiode TSP1), da sich der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH nicht ändert.
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7B zeigt eine Beziehung entsprechend einem Fall, wo der minimale Spitzenwert ISPPKL einen vergleichsweise großen Wert von etwa 100 mA einnimmt, und die Entladungsperiode TSP1 vergleichsweise lang ist. In diesem Fall ist die zeitweilige Unterbrechungsverhinderungs-Offset-Zeitperiode TOFSTH relativ lang in Bezug auf die Entladungsperiode TSP1 und ist die Überlappungsentladungsperiode TOVL relativ kurz in Bezug auf die Entladungsperiode TSP1 (entsprechend einem Wert von etwa 30% der Entladungsperiode TSP1).
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7A entspricht dem Fall, wo ein Verhältnis der RTOVL der Überlappungsentladungsperiode TOVL zur Entladungsperiode TSP1 im Wesentlichen maximal ist, und 7B entspricht dem Fall, wo das Überlappungsperiodenverhältnis RTOVL im Wesentlichen minimal ist. D. h., das Überlappungsperiodenverhältnis RTOVL entsprechend anderen Kombinationen des minimalen Spitzenwerts ISPPKL und der Entladungsperiode TSP1 nimmt einen Wert von zwischen 30% und 60% ein.
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Wie oben für diese Ausführung beschrieben, werden die ersten und zweiten Zündsignale S11 und S12 so erzeugt, dass sie die folgenden Bedingungen erfüllen:
- 1) die erste Entladungsperiode TSP1 vom Beginn bis Ende der Entladung, die durch den der ersten Primärwicklung 11a zugeführten elektrischen Strom erzeugt wird, und die zweite Entladungsperiode TSP2 vom Beginn bis Ende der elektrischen Entladung, die durch den der zweiten Primärwicklung 12a zugeführten elektrischen Strom erzeugt wird, überlappen einander partiell;
- 2) die Startzeit (t2) der ersten Entladungsperiode TSP1 liegt vor der Startzeit t3 der zweiten Entladungsperiode TSP2; und
- 3) die Überlappungsentladungsperiode TOVL fällt mit der gesetzten Überlappungsperiode TOVLSET zusammen, die entsprechend der ersten Entladungsperiode TSP1, dem zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwert ISPTH und dem minimalen Spitzenwert ISPPKL gesetzt ist, der ein Entladungsstromwert bei Beginn der ersten Entladungsperiode TSP1 ist.
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Insbesondere wird die Zielperiode TTGT errechnet, indem die erste Entladungsperiode TSP1, der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH und der minimale Spitzenwert ISPPKL auf Gleichung (1) angewendet werden, und die gesetzte Überlappungsperiode TOVLSET wird auf einen Wert gesetzt, der sich in der Nähe der Zielperiode TTGT befindet und gleich oder größer als die Zielperiode TTGT ist. Dementsprechend ist es möglich, die Zündung des Überlappungszündmodus durchzuführen, indem der Spitzenentladestrom ISPPK auf das Minimum reduziert ist, innerhalb des Bereichs, wo keine zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms auftritt. In anderen Worten, die Überlappungszündung (Mehrfachzündung) kann mit der optimalen Einstellung zur Verschleißunterdrückung der Zündkerze 1 durchgeführt werden.
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In dieser Ausführung stellt die ECU 3 das Steuermittel dar.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Zum Beispiel wird in der oben beschriebenen Ausführung der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH vorab gesetzt, so dass die zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms unter dem schwierigsten Motorbetriebszustand nicht auftreten kann, d. h. dem Hochdrehzahl- und Hochlastbetriebszustand. Der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH kann auch entsprechend einem oder mehreren Parametern gesetzt werden, welche die Luftkraftstoffgemischströmung (Gasströmung) in der Brennkammer angeben, wie etwa die Motordrehzahl NE und die Einlassluftströmungsrate GA, die während des Motorbetriebs erfasst werden. In diesem Fall wird der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH so gesetzt, dass er zunimmt, wenn die Motordrehzahl NE zunimmt, und so gesetzt, dass er zunimmt, wenn die Strömungsrate GA zunimmt.
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Gemäß dieser Modifikation kann der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert ISPTH im Niederdrehzahlzustand oder Niederlastbetriebszustand auf einen kleineren Wert gesetzt werden, im Vergleich zu der oben beschriebenen Ausführung, was es möglich macht, den Spitzenentladestrom ISPPK zu reduzieren. Demzufolge kann ein Verschleiß der Zündkerze 1 noch stärker gedrückt werden.
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In dieser Modifikation stellt die ECU 3 das Zeitweiliger-Unterbrechungsschwellenwert-Berechnungsmittel dar.
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Ferner ist in der oben beschriebenen Ausführung die zweite Stromzufuhrperiode TON1 gleich der ersten Stromzufuhrperiode TON1. Die vorliegende Erfindung kann aber auch angewendet werden, wenn die zweite Stromzufuhrperiode TON2 auf eine Dauer gesetzt wird, die sich von der ersten Stromzufuhrperiode TON1 unterscheidet. Wenn, wie zum Beispiel in 8 gezeigt, die zweite Stromzufuhrperiode TON2 auf eine Dauer gesetzt wird, die um eine Differenz DT kürzer als die erste Stromzufuhrperiode TON1 ist, ergibt sich eine Beziehung zwischen der Offset-Zeitperiode TOFS und einer End-Offset-Zeitperiode TOFSE durch die folgende Formel (3), wobei die Offset-Zeitperiode TOFS eine Zeitdifferenz zu Beginn der Stromzufuhrperiode ist, und die End-Offset-Zeitperiode TOFSE eine Zeitdifferenz am Ende der Stromzufuhrperiode ist. TOFS = TOFSE + DT (3)
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Ferner wird die gewünschte Einstellung der End-Offset-Zeitperiode TOFSE durch die folgende Gleichung (2a) angegeben. Dementsprechend wird die Offset-Zeitperiode TOFS durch die folgende Gleichung (4) angegeben. TOFSE = TSP1 – TOVLSET (2a) TOFS = TSP1 – TOVLSET + DT (4)
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Eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor enthält zumindest eine Zündkerze (1), eine Aktivierungsschaltung (2), die mit ersten und zweiten Wicklungspaaren (11, 12) entsprechend einer Zündkerze versehen ist, um in der zumindest einen Zündkerze (1) eine Funkenentladung zu erzeugen. Erste und zweite Zündsignale (S11, S12), die jeweils den ersten und zweiten Wicklungspaaren (11, 12) zugeführt werden, werden so erzeugt, dass eine erste Entladungsperiode (TSP1) und eine zweite Entladungsperiode (TSP2) während einer Überlappungsentladungsperiode (TVOL) einander partiell überlappen, wobei die Überlappungsentladungsperiode (TVOL) gleich einer gesetzten Überlappungsperiode (TOVLSET) gemacht wird, und eine Startzeit (t2) der ersten Entladungsperiode (TSP1) vor einer Startzeit (t3) der zweiten Entladungsperiode (TSP2) liegt. Die ersten und zweiten Entladungsperioden (TSP1, TSP2) sind Zeitperioden von elektrischen Entladungen, die von den ersten und zweiten Wicklungspaaren (11, 12) erzeugt werden. Die gesetzte Überlappungsperiode (TOVLSET) wird gemäß der ersten Entladungsperiode (TSP1), einem zeitweiligen Unterbrechungsschwellenwert (ISPTH) und einem Entladungsstartstromwert (ISPPKL), der ein Entladungsstromwert zur Startzeit (t2) der ersten Entladungsperiode (TSP1) ist, gesetzt. Der zeitweilige Unterbrechungsschwellenwert (ISPTH) ist ein Minimalwert des Entladestromwerts, bei dem keine zeitweilige Unterbrechung des Entladestroms in der Zündkerze (1) stattfindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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