DE102017207592A1

DE102017207592A1 - Entladungs-Stoppvorrichtung

Info

Publication number: DE102017207592A1
Application number: DE102017207592.9A
Authority: DE
Inventors: Toshifumi Nakamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2018-05-03
Also published as: US10364787B2; JP6373932B2; JP2018071488A; US20180119666A1

Abstract

Es wird eine Entladungsstoppvorrichtung zum Stoppen einer Funkenentladung während des Entladens bereitgestellt, die eine Zündkerze, eine Zündspule, eine Stromquellenvorrichtung, einen ersten Schalter und eine Steuerung beinhaltet, die eine Funkenentladung veranlasst, erzeugt zu werden, durch Steuern des Umschaltens des ersten Schalters, wobei die Entladungsstoppvorrichtung weiter einen zweiten Schalter enthält, der in einem Stromzirkulationspfad angeordnet ist, der beide Enden einer Primärspule der Zündspule verbindet und den Stromzirkulationspfad zwischen verbundenen und unterbrochenen Zuständen umschaltet, wobei die Steuerung eine Re-Energetisierungssteuer-Prozesseinheit enthält, die den ersten Schalter zu einem verbundenen Zustand schaltet und die Primärspule mit Strom während des Auftretens der Funkenentladung re-energetisiert, und eine Zirkulationssteuer-Prozesseinheit, die einen zweiten Schalter zu einem verbundenen Zustand umschaltet und einen Stromzirkulationspfad während des Auftretens der Funkenentladung auf einen verbundenen Zustand einstellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entladungs-Stoppvorrichtung, die eine durch eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor während der Entladung erzeugte Funkenentladung stoppt.
Beschreibung verwandten Stands der Technik
Wie bekannt, gibt es Zündvorrichtungen für einen Verbrennungsmotor eines Stromabschalttyps, die mit einer Hauptzündschaltung, einer Gleichstromquelle und Zündsteuermitteln ausgerüstet sind. Die Hauptzündschaltung hat eine Zündspule und einen in Serie mit einer Primärwicklung der Zündspule verbundenen Zündschalter und eine Primärstrom-Energetisierungsschaltung ist durch eine Primärwicklung und den Zündschalter konfiguriert.
Die Gleichstromquelle gibt eine Gleichstromspannung zum Anlegen an beide Enden der Primärstrom-Energetisierungsschaltung aus. Das Zündsteuermittel steuert den Zündschalter, um so zu einem Zeitpunkt vor der Zündperiode des Verbrennungsmotors eingeschaltet und dann in der Zündperiode ausgeschaltet zu werden.
Darüber hinaus interessiert das Zündsteuermittel eine Hochspannung für die Zündung in einer Sekundärwicklung der Zündspule durch weiteres Verstärken, durch die Zündspule, der Hochspannung (normalerweise etwa 400 V), welche in der Primärwicklung der Zündspule induziert wird, wenn der Zündschalter ausgeschaltet wird. Das Zündsteuermittel zündet den Motor durch Anlegen dieser Hochspannung zur Zündung an eine Zündkerze, die in einem Zylinder des Verbrennungsmotors installiert ist.
In einer Zündvorrichtung dieser Art ist eine Schaltung so entworfen, dass sie in der Lage ist, die maximale Zündenergie, die erforderlich ist, wenn der Motor beispielsweise bei niedriger Geschwindigkeit läuft, zu ermitteln. Daher gibt es dann, falls die erforderliche Zündenergie relativ klein ist, wie etwa, wenn der Motor bei hoher Geschwindigkeit läuft, ein Problem damit, dass die Zündenergie übermäßig groß wird.
Konventioneller Weise ist vorgeschlagen worden, dass die Zündenergie einer Stromabschalttyp-Zündvorrichtung kontrolliert wird (siehe beispielsweise japanische Patentanmeldung Nr. 2001-12338 , japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2003-314419 und japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-193621). In der Zündvorrichtung der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-12338 ist in Thyristor für die Zündenergiesteuerung parallel mit Bezug auf die Primärwicklung der Zündspule, in der Richtung, in welcher Spannung in der Primärwicklung der Zündspule während der Zündoperation in einer Vorwärtsrichtung angelegt wird, zwischen der Anode und Kathode verbunden.
In der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-12338 wird der Primärstrom der Zündspule in der Zündperiode abgeschaltet und wird dann der Thyristor zu einem geeigneten Zeitpunkt eingeschaltet und wird die Primärwicklung der Zündspule kurzgeschlossen. In der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-12338 wird durch Verwenden einer Kurzschlussoperation dieser Art die Zündausgabe abgeschwächt und so gesteuert, dass die Zündenergie nicht übermäßig wird.
Weiterhin ist in der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2003-314419 ein eindirektionales Energetisierungselement parallel mit einer Serienschaltung verbunden, die eine Zündspule, eine Primärwicklung und einen Zündschalter umfasst, und nach Ausführen einer Zündoperation wird ein Stromschalter abgeschaltet und wird ein Zündschalter wieder verbunden. In der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2003-314419 wird die Zündenergie durch Bilden einer Kurzschlussschaltung gesteuert, welche die Primärwicklung der Zündspule auf diese Weise kurzschließt.
Weiterhin, neben dem Kurzschließen der Primärwicklung, ist es auch möglich, eine Funkenentladung durch graduelles Abschwächen des Stroms in der Primärwicklung unter Verwendung eines Kondensators anzuhalten, wie in der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-193621.
Durch Bereitstellen eines Steuermittels für die Zündenergie wie oben beschrieben, ist es möglich zu verhindern, dass die Zündenergie übermäßig hoch wird. Als Ergebnis davon ist es möglich, unnötige Abnutzung der Zündkerze zu verhindern und kann die Lebensdauer der Zündkerze erweitert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Jedoch involviert der Stand der Technik die nachfolgenden Probleme.
Bei einer mit einem Zündenergiesteuermittel versehenen konventionellen Zündvorrichtung, die auf dem Kurzschluss beider Enden der Primärwicklung, wie oben beschrieben, im geschlossenen Schleifenpfad, welcher die zweite Enden der Primärwicklung kurzschließt, basiert, gibt es neben dem internen Widerstand der Primärwicklung auch eine Widerstandskomponente aufgrund von Widerstand der Elemente, welche die geschlossene Schleife bilden, und des Verdrahtungswiderstands etc..
Weiterhin gibt es auch Fälle, bei denen ein Widerstand in dem geschlossenen Schleifenpfad mit der Aufgabe angeordnet ist, die Zeit ab dem Start der Kurzschlussoperation der Primärspule, bis die Magnetenergie der Zündspule vollständig aufgebraucht worden ist, kurzzuschließen, oder mit der Aufgabe, die Erzeugung von Wärme in der Primärwicklung zu reduzieren, indem der Energieverbrauch auch im Falle einer Entladungs-Stoppoperation zwischen der Primärwicklung der Zündsignal und dem geschlossenen Schleifenpfad aufgeteilt wird. In Fällen dieser Art wird der Widerstand des geschlossenen Schleifenpfads der Primärwicklung höher.
Falls jedoch der Widerstand des geschlossenen Schleifenpfads der Primärwicklung hoch ist, wird dann der durch den in der Zündspule verbleibenden Magnetfluss erzeugte Strom beschränkt. Als Ergebnis davon wird die Zeit ab dem Start der Entladungs-Stoppoperation bis zum vollständigen Stoppen der Funkenentladung in der Sekundärwicklung länger. Darüber hinaus, falls der Widerstand hoch ist, wird dann kein ausreichender Strom zum Stoppen der Funkenentladung in der Sekundärwicklung erreicht und verbleibt die Funkenentladung der Sekundärwicklung bei einem kleinen Stromwert.
Der Anstieg bei der Zeit, bis vollständiges Stoppen der Entladung, die mit Anstieg beim Widerstand des geschlossenen Schleifenpfads der Primärwicklung auftritt, reduziert die Fähigkeit zum Steuern der Zündenergie auf Basis des Stoppens der Entladung. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass ein Wiederholphänomen (Mehrfachentladung) aufgrund davon auftritt, dass die Entladung durch die Fluidbewegung innerhalb des Zylinders des Verbrennungsmotors gelöscht wird, bevor die Ladung gestoppt wird, und dann wieder eine Entladung auftritt. Falls Mehrfachentladung dieser Art auftritt, wird dann umgekehrt der Verschleiß der Elektroden der Zündkerze beschleunigt, was einen ungünstigen Effekt auf die Haltbarkeit der Zündkerze aufweist.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um Probleme wie etwa jene oben beschriebenen zu lösen, wobei deren Aufgabe ist, eine Entladungs-Stoppvorrichtung zu erhalten, die zum raschen und zuverlässigen Stoppen der Entladung durch eine Zündvorrichtung während der Entladung fähig ist.
Die Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: eine Zündkerze, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die einander über einen Spalt hinweg gegenüberliegen, und die eine brennbare Luftmischung in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors durch Erzeugen einer Funkenentladung im Spalt zündet; eine Zündspule, die eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung enthält, die magnetisch mit der Primärwicklung gekoppelt ist; eine Stromquellenvorrichtung, die der Primärspule Strom zuführt; einen ersten Schalter, welcher zwischen der Primärspule und der Stromquellenvorrichtung angeordnet ist und der den aus der Stromquellenvorrichtung zugeführten Strom zwischen einem verbundenen Zustand und einem getrennten Zustand umschaltet; eine Steuerung, welche die Primärspule veranlasst, mit Strom energetisiert zu werden, durch Umschalten des ersten Schalters zu einem verbundenen Zustand derart, dass Energie zum Veranlassen der Zündkerze, die Funkenentladung zu erzeugen, die zum Zünden der brennbaren Luftmischung ausreicht, in der Primärspule akkumuliert wird, und den ersten Schalter zu einem getrennten Zustand umschaltet und den Strom abschaltet, wenn die Energie in der Primärspule akkumuliert worden ist, so dass eine Hochspannung in der Sekundärspule erzeugt wird und die Funkenentladung im Spalt der Zündkerze durch die Hochspannung erzeugt wird, wobei die Entladungs-Stoppvorrichtung weiter einen zweiten Schalter enthält, der in einem Stromzirkulationspfad angeordnet ist, der beide Enden der Primärspule verbindet und der den Stromzirkulationspfad zwischen einem verbundenen Zustand und einem getrennten Zustand umschaltet, wobei die Steuerung beinhaltet: eine Re-Energetisierungs-Prozesseinheit, welche den ersten Schalter zu einem verbundenen Zustand schaltet und die Primärspule mit Strom während des Auftretens der Funkenentladung neu energetisiert; und eine Zirkulationssteuer-Prozesseinheit, welche den zweiten Schalter zu einem verbundenen Zustand schaltet und den Stromzirkulationspfad zu einem verbundenen Zustand während des Auftretens der Funkenentladung einstellt, und die Entladungs-Stoppvorrichtung die Funkenentladung während der Entladung unter Verwendung der Re-Energetisierungs-Steuerprozesseinheit und der Zirkulationssteuer-Prozesseinheit stoppt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu einem ersten Schalter, der einen aus einer Stromquellenvorrichtung zugeführten Strom zu einer Primärspule einer Zündspule zwischen verbundenen und getrennten Zuständen umschaltet, wird ein zweiter Schalter in einem Stromzirkulationspfad vorgesehen, der beide Enden der Primärspule verbindet, und eine Re-Energetisierungs-Steuerprozesseinheit, welche den ersten Schalter zu einem verbundenen Zustand schaltet und die Primärspule mit Strom während des Auftretens einer Funkenentladung neu energetisiert, und eine Zirkulationssteuer-Prozesseinheit, welche den zweiten Schalter zu einem verbundenen Zustand schaltet und einen Stromzirkulationspfad während des Auftretens einer Funkenentladung zum einem verbundenen Zustand einstellt, sind vorgesehen. Als Ergebnis davon ist es möglich, eine Entladungs-Stoppvorrichtung zu erhalten, die die Entladung einer Zündvorrichtung während der Entladung rasch und zuverlässig stoppen kann.
Figurenliste

1 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches die Gesamtkonfiguration einer Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches die spezifische Konfiguration einer Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Zeitdiagramm, welches die Wellenformen der entsprechenden Einheiten einer mit der Schaltungskonfiguration in 2 versehenen Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
4 ist ein Flussdiagramm eines Zündsteuerprozesses, welcher durch die ECU gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
5 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches die spezifische Konfiguration einer Entladungs-Stoppvorrichtung zeigt, die mit einem Stromdetektor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
6 ist ein Flussdiagramm eines Zündsteuerprozesses, welcher durch die ECU gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
7 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches die spezifische Konfiguration einer Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 ist ein Zeitdiagramm, welches die Wellenformen der entsprechenden Einheiten einer Entladungs-Stoppvorrichtung illustriert, die mit der Schaltungskonfiguration in 7 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unten werden bevorzugte Ausführungsformen einer Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen unten bezieht sich die Beschreibung auf einen Einzelzylinder-Verbrennungsmotor, aber die vorliegende Erfindung kann auch auf einen Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Zylindern angewendet werden. In diesem Fall kann eine Primärstrom-Entladungs-Stoppvorrichtung mit derselben Basiskonfiguration für jeden Zylinder vorgesehen sein, oder kann ein Bereich der Bestandteilelemente der Entladungs-Stoppvorrichtung, wie etwa das Primärwicklungs-Kurzschlussmittel zwischen der Mehrzahl von Zylindern geteilt werden.
Erste Ausführungsform
1 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches insgesamt eine Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 illustriert, umfasst die in der ersten Ausführungsform illustrierte Basiskonfiguration eine Zündspule 1, eine Zündkerze 2, einen Schalter 3, einen Schalter 4, eine Stromquellenvorrichtung 5, einen Widerstand 6 und eine Steuervorrichtung 7.
Die Zündspule 1 ist aus einer Primärwicklung 1a, welche Magnetenergie in die Zündspule 1 einführt, und einer Sekundärwicklung 1b, die eine Hochspannung zur Zündung in der Zündkerze 2 erzeugt, die im Zylinder des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, konfiguriert. Der Schalter 3 ist in Reihe mit der Primärwicklung 1a verbunden und wenn in einen geschlossenen Zustand gebracht, wird eine geschlossene Schaltung durch die Primärwicklung 1a, den Schalter 3 und die Stromquellenvorrichtung 5 konfiguriert.
Der Schalter 4 ist ein Schalter zum Kurzschließen beider Enden der Primärwicklung 1a und ein Widerstand 6 ist innerhalb der geschlossenen Schleifenschaltung, welche durch die Primärwicklung 1a und den Schalter 4 gebildet ist, verbunden. Weiterhin ist die Stromquellenvorrichtung 5 eine Stromquelle, die elektrische Energie zur Entladung zuführt. Der Widerstand 6 repräsentiert die Widerstandskomponente des geschlossenen Schleifenpfads der Primärwicklung 1a, wenn der Schalter 4 ein ist, und weist einen Widerstandswert auf, der den Ein-Widerstand und Verdrahtungswiderstand des Schalters 4 beinhaltet.
Darüber hinaus steuert die Steuervorrichtung 7 das Öffnen und Schließen des Schalters 3 und des Schalters 4 durch jeweils Ausgeben eines ersten Befehlssignals Sa und eines zweiten Befehlssignals Sb.
Ein Ende der Primärwicklung 1a ist mit einer Positivelektrode der Stromquellenvorrichtung 5 verbunden und das andere Ende ist mit einer Negativelektrode der Stromquellenvorrichtung 5 über den Schalter 3 verbunden. Der Ein/Aus-Zustand des Schalters 3 wird durch das erste Befehlssignal Sa der Steuervorrichtung 7 gesteuert. Andererseits sind die zwei Enden der Sekundärwicklung 1b jeweils mit einer Zentralelektrode und einer Seitenelektrode der Zündkerze verbunden.
Weiterhin ist ein Ende des Schalters 4 mit einem Ende der Primärwicklung 1a verbunden und ist das andere Ende des Schalters 4 mit dem anderen Ende der Primärwicklung 1a über den Widerstand 6 verbunden. Durch Einschalten des Schalters 4 ist es möglich, die Primärwicklung 1a kurzzuschließen. Der Ein/Aus-Zustand des Schalters 4 wird durch das zweite Befehlssignal Sb der Steuervorrichtung 7 gesteuert.
Falls der Schalter 3 durch das erste Befehlssignal Sa abgeschaltet wird, fließt dann kein Strom in die Primärwicklung 1a. Weiterhin, falls der Schalter 3 durch das erste Befehlssignal Sa eingeschaltet wird, während der Schalter 4 in einem Aus-Zustand ist, auf Basis des zweiten Befehlssignals Sb, wird dann ein Strompfad aus der Positivelektrodenseite der Stromquellenvorrichtung 5 über die Primärwicklung 1a der Negativelektrodenseite der Stromquellenvorrichtung 5 gebildet und fließt ein Primärstrom i1 in der Primärwicklung 1a.
Daraufhin, wenn der Schalter 3 durch das erste Befehlssignal Sa in einem Zustand ausgeschaltet wird, bei dem sich Magnetenergie in der Zündspule akkumuliert hat, aufgrund des Flusses des Primärstroms i1 in der Primärwicklung 1a, wird dann der Durchgang des Primärstroms i1 zur Primärwicklung 1a gestoppt und wird der Primärstrom i1 ausgeschaltet. Daher wird eine Hochspannung zur Zündung in der Sekundärwicklung 1b erzeugt und wird eine Funkenentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 2 erzeugt, aufgrund dieser Spannung, die an der Zündkerze 2 angelegt ist.
Falls während einer Funkenentladung der Schalter 3 wieder durch das erste Befehlssignal Sa zu einem vorbestimmten Zeitpunkt eingeschaltet wird, beginnt dann Re-Energetisierung der Primärwicklung 1a ab der Positivelektrodenseite der Stromquellenvorrichtung 5. Falls ein Magnetfeld H entsprechend dem Magnetfluss Φ, der in der Zündspule verbleibt, erzeugt wird, wird dann aufgrund des durch Re-Energetisierung verursachten Primärstroms i1 eine Spannung entgegengesetzter Polarität zur Hochspannung zur Zündung in der Sekundärwicklung 1b erzeugt.
Als Ergebnis wird die Funkenentladung in der Zündkerze 2 kompulsiv gestoppt. Weiterhin wird der Zeitraum, während dem die Primärwicklung 1a neu energetisiert wird, optimal in Übereinstimmung mit dem Restmagnetfluss Φ in der Zündspule 1 durch das Re-Energetisierungszeit-Rechenmittel in der Steuervorrichtung 7 gesteuert.
Als Nächstes veranlasst die Steuervorrichtung 7 durch Einschalten des Schalters 4 durch das zweite Befehlssignal Sb die zwei Enden der Primärwicklung 1a der Zündspule 1, kurzgeschlossen zu werden, wodurch eine geschlossene Schleife durch die Primärwicklung 1a, den Schalter 4 und den Widerstand 6 gebildet wird, und in diesem Zustand schaltet die Steuervorrichtung 7 den Schalter 3 durch das erste Befehlssignal Sa ab. Daher beginnt Strom, in der, in der Primärwicklung 1a gebildeten geschlossenen Schleife durch die Magnetflussenergie in der Zündspule 1 zu fließen und wird die in der Zündspule verbleibende Magnetenergie durch die Widerstandskomponente in der geschlossenen Schleife aufgebraucht.
Falls der Schalter 3 ausgeschaltet wird, während der Schalter 4, der die Primärwicklung 1a kurzschließt, in einem Aus-Zustand ist, wird eine Hochspannung zur Zündung in der Sekundärwicklung 1b zu der Zeit, zu der die Re-Energetisierung abgeschlossen ist, erzeugt, und tritt eine Wiederholungsentladung auf. Folglich ist es notwendig, den Schalter 4, der die Primärwicklung 1a kurzschließt, zu einer Zeit einzuschalten, bevor der Schalter 3 ausgeschaltet wird.
Danach wird die Magnetenergie in der Zündspule komplett aufgebraucht, wird der Schalter 4 ausgeschaltet und wird der Kurzschluss der Primärwicklung aufgehoben. Auf diese Weise wird die Funkenentladung in einem Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors beendet.
Die Reihe von Schritten der Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird hier auf Basis der in 1 illustrierten Basiskonfiguration beschrieben. Jedoch ist diese Illustration konzeptuell und daher wird eine Konfiguration der Entladungs-Stoppvorrichtung, welche die tatsächliche Implementierung der Entladungs-Stoppvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorstellt und eine spezifischer Implementierung der Konfiguration in 1 darstellt, unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches die spezifische Konfiguration der Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 2 illustriert, ist die Entladungs-Stoppvorrichtung, die eine spezifische Ausführungsform der Schaltungskonfiguration in 1 inkorporiert, mit einer Zündspule 101, einer Zündkerze 102, einem IGBT 103, einem Thyristor 104, einer Stromquellenvorrichtung (Batterie) 105, einer Elektroniksteuervorrichtung (unten „ECU“ genannt) 106 und einem Widerstand 107 versehen.
Die Zündspule 101 ist aus einer Primärwicklung 101a, einer Sekundärwicklung 101b und einem Gleichrichtelement 108 konfiguriert. Die Zündkerze 102 ist in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Der IGBT 103 ist in Reihe mit der Primärwicklung 101a geschaltet. Der Thyristor 104 ist parallel zur Primärwicklung 101a verbunden, um beide Enden der Primärwicklung 101a kurzzuschließen. Die Stromquellenvorrichtung (Batterie) 105 liefert Magnetenergie zur Entladung (beispielsweise eine Spannung von 12V).
Darüber hinaus gibt die Elektroniksteuervorrichtung (unten „ECU“ genannt) 106 jeweils das erste Befehlssignal Sla und das zweite Befehlssignal S1b an den IGBT 103 und den Thyristor 104 aus.
Weiter ist der Widerstand 107 in Reihe mit dem Thyristor 104 verbunden. Der Widerstand 107 repräsentiert die Widerstandskomponente des geschlossenen Schleifenpfads der Primärwicklung 101a, wenn der Thyristor 104 ein ist, und weist einen Widerstandswert auf, der den Ein-Widerstand und den Drahtwiderstand etc. des Thyristors 104 enthält.
Ein Ende der Primärwicklung 101a ist mit der Positivelektrode der Stromquellenvorrichtung 105 verbunden und das andere Ende derselben ist mit dem Kollektor des IGBT 103 verbunden. Weiterhin ist ein Ende der Sekundärwicklung 101b mit einem Ende der Primärwicklung 101a verbunden, die mit der Positivelektrode der Stromquellenvorrichtung 105 verbunden ist, über das Gleichrichtelement 108, und das andere derselben ist mit der Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 verbunden.
Die Seitenelektrode 102b der Zündkerze 102 wird gegenüber der Erde desselben Potentials wie die Negativelektrode der Stromquellenvorrichtung 105 geerdet. Die Basis des IGBT 103 ist mit der ECU 106 verbunden und der Emitter des IGBT 103 ist zur Erde geerdet.
Weiterhin ist die Kathode des Thyristors 104 mit dem Verbindungsende der Primärwicklung 101a und der Stromquellenvorrichtung 105 verbunden, ist die Anode des Thyristors 104 mit dem Verbindungsende der Primärwicklung 101a und dem IGBT 103 über den Widerstand 107 verbunden und ist das Gatter des Thyristors 104 mit der ECU 106 verbunden.
Wenn das erste Befehlssignal S1a, welches aus der ECU 106 an die eingebracht 103 ausgegeben ist, auf niedrigen Pegel ist (allgemein Erdungspotential), fließt dann kein Basisstrom im IGBT 103 und ist der IGBT 103 aus. Folglich fließen keine Ströme in der Primärwicklung 101a durch den IGBT 103.
Weiterhin, falls das erste Befehlssignal Sla auf hohem Pegel ist, nimmt dann der IGBT 103 einen Ein-Zustand an. Folglich wird ein Energetisierungspfad der Primärwicklung 101a aus der Positivelektrodenseite der Stromquellenvorrichtung 105, durch die Primärwicklung 101a der Zündspule 101 zur Negativelektrodenseite der Stromquellenvorrichtung 105 gebildet, und fließt ein Primärstrom i1 in der Primärwicklung 101a.
Folglich nimmt das erste Befehlssignal Sla einen hohen Pegel an und wenn das erste Befehlssignal Sla zu einem niedrigen Pegel umgeschaltet wird, während der Primärstrom i1 in der Primärwicklung 101a fließt, wird dann der IGBT 103 ausgeschaltet, wird die Energetisierung der Primärwicklung 101a mit dem Primärstrom i1 gestoppt und wird der Primärstrom i1 abgeschaltet.
Daher wird eine Hochspannung zur Zündung in der Sekundärwicklung 101b der Zündspule 101 erzeugt. Durch Anlegen dieser Hochspannung zur Zündung an die Zündkerze 102 wird eine Funkenentladung zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 erzeugt.
Die Zündspule 101 ist auf solche Weise konfiguriert, dass eine negative Hochspannung zur Zündung, welche niedriger ist als das Erdungspotential, auf der Seite der Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 erzeugt wird, durch Ausschalten der Energetisierung der Primärwicklung 101a mittels des IGBT 103. Als Ergebnis davon fließt der in der Sekundärwicklung 101b entsprechend der Funkenentladung fließende Sekundärstrom i2 aus der Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 durch die Sekundärwicklung 101b zur Seite der Primärwicklung 101a. Weiterhin ist ein durch eine Diode oder dergleichen gebildetes Gleichrichtelement 108 im Verbindungsbereich zwischen der Sekundärwicklung 101b und der Primärwicklung 101a vorgesehen, um den Fluss von Strom in Vorwärtsrichtung aus der Sekundärwicklung 101b an die Seite der Primärwicklung 101a zu gestatten und den Stromfluss in der entgegengesetzten Richtung zu hemmen.
Im spezifischen Beispiel in der in 2 illustrierten ersten Ausführungsform ist eine Diode, deren Anode mit der Sekundärwicklung 101b verbunden ist, und deren Kathode mit der Primärwicklung 101a verbunden ist, als das Gleichrichtelement 108 vorgesehen. Es wird verhindert, dass Strom an die Sekundärwicklung 101b fließt, wenn der IGBT 103 eingeschaltet ist, mit anderen Worten, beim Start der Energetisierung der Primärwicklung 101a durch den Betrieb dieses Gleichrichterelements 108.
Als Nächstes, wenn das zweite Befehlssignal S1b, welches aus der ECU 106 an den Thyristor 104 ausgegeben wird, auf einem niedrigen Pegel ist, nimmt der Thyristor 104 einen Aus-Zustand an. Daher werden die zwei Enden der Primärwicklung 101a niemals durch den Thyristor 104 kurzgeschlossen.
Weiterhin, falls das zweite Befehlssignal S1b auf einem hohen Pegel ist, nimmt dann der Thyristor 104 einen Ein-Zustand an, und werden die zwei Enden der Primärwicklung 101a der Zündspule 101 kurzgeschlossen. Als Ergebnis davon wird eine geschlossene Schleife durch die Primärwicklung 101a, den Thyristor 104 und den Widerstand 107 gebildet.
Wenn der Thyristor 104 ein ist, wird dem in der Primärwicklung 101a fließenden Strom nur gestattet, in derselben Richtung wie der Richtung zu fließen, in welcher der Strom fließt, wenn der IGBT 103 ein ist. In der Schaltungskonfiguration in 2 ist ein Ende des Gleichrichtelements 108 mit der Seite der Sekundärwicklung 101b verbunden, aber falls eine Konfiguration eingesetzt wird, in der ein Ende des Gleichrichtelements 108 mit der Erdung verbunden ist, wird durch diese Konfiguration ein ähnlicher Effekt erhalten.
Als Nächstes wird eine Reihe von Operationen der Schaltungskonfiguration in 2 unter Bezugnahme auf ein Timing-Diagramm beschrieben. 3 ist ein Zeitdiagramm, welches die Wellenform entsprechender Einheiten einer mit der Schaltungskonfiguration in 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehenen Entladungs-Stoppvorrichtung illustriert.
Spezifischer zeigt 3 ein Timing-Diagramm, welches in der Reihenfolge von oben ab die Zustände des ersten Befehlssignals S1a, des zweiten Befehlssignals S1b, des in der Primärwicklung 101a der Zündspule 101 fließenden Primärstroms i1, des Potentials Vp der Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 und des Sekundärstroms i2, welcher in der Sekundärwicklung 101b der Zündspule 101 fließt, im in 2 illustrierten Schaltungsdiagramm darstellt.
Zur Zeit t11 schaltet die ECU 106 das erste Befehlssignal S1 von niedrigem Pegel zu hohem Pegel um. Als Ergebnis davon fließt ein Primärstrom i1 in die Primärwicklung 101a der Zündspule 101. Daraufhin schaltet zur Zeit t12 die ECU 106 das erste Befehlssignal Sla vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel um, wenn eine voreingestellte Energetisierungszeit verstrichen ist, und wird die Energetisierung der Primärwicklung 101a der Zündspule 101 mit dem Primärstrom i1 ausgeschaltet.
Als Ergebnis dieses Abschaltens wird eine negative Hochspannung zur Zündung an die Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 angelegt, fällt der am Potential Vp plötzlich ab und wird eine Funkenentladung zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 erzeugt.
Zur Zeit t13, wenn eine Funkenentladunghaltezeit, welche auf Basis des Betriebszustands des Verbrennungsmotors berechnet wird, nach Erzeugung der Funkenentladung zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 verstrichen ist, schaltet die ECU 106 wieder das erste Befehlssignal Sla vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel um. Als Ergebnis davon beginnt ein Primärstrom i1 zur Re-Energetisierung in der Primärwicklung 101a zu fließen.
Zur Zeit t15, wenn der Primärstrom i1 zur Re-Energetisierung einen Stromwert erreicht, der ein Magnetfeld H entsprechend dem Magnetfluss Φ erzeugt, der in dem Eisenkern der Zündspule 101 verbleibt, wird eine Spannung entgegengesetzter Polarität zur Hochspannung zur Zündung, welche in der Sekundärwicklung 101b während der Erzeugung eines Funkens erzeugt wurde, in der Sekundärwicklung 101b induziert. Als Ergebnis davon, wenn die Spannung zwischen den Elektroden 102a und 102b unter die Entladungshaltespannung fällt, wird die Funkenentladung in der Zündkerze 102 verpflichtend ausgeschaltet.
Je größer der in dem Eisenkern verbleibende Magnetfluss Φ, desto höher ist der Primärstrom i1, bei welchem die Funkenentladung gestoppt wird. Daher, je größer der Magnetfluss Φ, der im Eisenkern verbleibt, desto länger ist die erforderliche Re-Energetisierungs-Reaktivierungszeit.
Falls die Re-Energetisierung sich fortsetzt, nachdem die Entladung gestoppt ist, wird dann unnötiger Magnetfluss Φ zusätzlich in der Spule gespeichert. Daher stoppt die ECU 106 die Re-Energetisierung durch wieder Schalten des ersten Befehlssignals S1 vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel zu einer Re-Energetisierungsendzeit t16, welche durch das Re-Energetisierungszeit-Rechenmittel berechnet wird.
Zur Zeit t14, die vor der Zeit t16 liegt, schließt die ECU 106 die zwei Enden der Primärwicklung 101a kurz, durch Umschalten des zweiten Befehlssignals S1b von niedrigem zu hohem Pegel und Einschalten des Thyristors 104. Als Ergebnis davon beginnt nach Re-Energetisierung der Primärstrom i1, in der durch die Primärwicklung 101a den Thyristor 104 und den Widerstand 107 gebildeten geschlossenen Schleife, zu fließen, aufgrund der Magnetflusses Φ, der in der Zündspule 15 bleibt.
Hier kann die Zeit t14, zu welcher der Thyristor 104 eingeschaltet wird, irgendeine Zeit zwischen Zeit t13 und Zeit t16 sein.
In diesem Fall, wenn die Widerstandskomponente 107 des geschlossenen Schleifenpfads der Primärwicklung 101a größer wird, steigt der Primärstrom i1 nicht bis zu einem Stromwert, der ein Magnetfeld H entsprechend dem Magnetfluss Φ erzeugt, und wird eine Spannung derselben Polarität wie die Hochspannung zur Zündung wieder in der Zündkerze 102 erzeugt. Jedoch ist die Wiederholisolations-Durchbruchspannung eine viel höherer Spannung (mehrere kV bis mehrere kV) als die Entladungshaltespannung (ungefähr mehrere 100 V). Daher tritt keine wiederholte Funkenentladung zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 auf.
Der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss Φ wird durch den Innenwiderstand der Primärwicklung 101a und die Widerstandskomponente 107 des geschlossenen Schleifenpfads aufgebraucht und der Primärstrom i1 nimmt graduell ab. Daher hört zur Zeit t17, wenn der Magnetfluss aufgebraucht worden ist, der Primärstrom i1 auf, zu fließen.
Daraufhin schaltet zur Zeit t18 die ECU 106 den Thyristor 104 durch Schalten des zweiten Befehlssignals S1b von einem Hochpegel zu einem Niedrigpegel aus. Als Ergebnis davon wird die durch die Primärwicklung 101a und den Thyristor 104 gebildete geschlossene Schleife aufgehoben. Auf diese Weise wird die Funkenentladung in einem Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors beendet.
Als Nächstes wird der durch das Re-Energetisierungszeit-Rechenmittel durchgeführte Rechenprozess unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm in oben beschriebener 3 beschrieben. Das Re-Energetisierungszeit-Rechenmittel berechnet die Re-Energetisierungszeit so, dass das Abschalten der Entladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 102 garantiert ist, während die Speicherung eines verschwendeten Magnetflusses in der Spule vermieden wird. Mit anderen Worten muss die Re-Energetisierungszeit auf solche Weise eingestellt werden, dass die Zeitperiode ab der Zeit t15, zu welcher die Entladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 102 ausgeschaltet ist, bis zur Zeit t16, zu welcher die Re-Energetisierung endet, kurz ist.
Die Re-Energetisierungszeitberechnung durch das Re-Energetisierungszeit-Rechenmittel: Erstes Beispiel
Im ersten Rechenbeispiel berechnet die Re-Energetisierungszeit-Recheneinheit die Re-Energetisierungszeit unter Verwendung der Anfangs-Eingangs-Energetisierungszeit in der Primärwicklung (unten „Primär-Energetisierungszeit“ genannt) und der Funkenentladungs-Haltezeit. Der Magnetfluss Φ in der Magnetspule 1 ist ein Maximum zum Zeitpunkt t12, der dann liegt, wenn die primäre Eingangs-Sensorgruppe abgeschaltet wird, und der Magnetfluss Φ wird progressiv aufgebraucht, während sich die Funkenentladung in der Zündkerze 102 fortsetzt.
Folglich, je kürzer die Entladungshaltezeit, die zur Intervall-Zwischenzeit t12 und Zeit t13 korrespondiert, desto größer ist der in der Zündspule verbleibende Magnetfluss. Daher, je kürzer die Funkenentladungszeit, desto höher der Wert des Re-Energetisierungsstroms in der Primärwicklung, der erforderlich ist, die Entladung zu stoppen, und desto länger die Re-Energetisierungszeit, welche dem Intervall zwischen der Zeit t13 und der Zeit t16 entspricht, welche durch das Re-Energetisierungszeit-Rechenmittel eingestellt wird.
Beispielsweise kann die berechnete Re-Energetisierungszeit dargestellt werden als: $\begin{array}{l} Re-Energetisierungszeit = (α \times Primär-Energetisierungszeit \times \\ Verhältnis von verbleibendem Magnetfluss) . \end{array}$
Hier, wünschenswerter Weise, $α = (α 1 / α 2), und$

ist α1 ein Stromwert, der ein dem Magnetfluss Φ entsprechendes Magnetfeld H erzeugt und ist α2 eine Anstiegsrate des Stromwerts in der Re-Energetisierungsperiode, welche der Periode ab dem Start der Re-Energetisierung bis zum Stoppen der Entladung entspricht. α1 und α2 können aus den experimentellen Daten und Entwurfsparametern der Zündspule bestimmt werden.
Weiterhin ist das verbleibende Magnetflussverhältnis das Verhältnis des in der Zündspule beim Start des Stoppens der Entladung verbleibende Magnetflusses Φ, wobei der Magnetfluss Φ am Ende der Primär-Energetisierung als maximal angenommen wird, und es wird angenommen, dass die folgende Beziehung erfüllt ist: $\begin{array}{l} Verhältnis von verbleibendem Magnetfluss = (1 - \\ (Entladungshaltezeit / normale Entladungshaltezeit)) . \end{array}$
Hier ist die normale Entladungshaltezeit die Funkenentladungshaltezeit unter derselben Entladungsbedingung wie wenn das Stoppen der Entladung nicht durchgeführt wird.
Falls beispielsweise die primäre Energetisierungszeit 5 ms beträgt, ist die Entladungshaltezeit 0,2 ms, ist die normale Entladungshaltezeit 2 ms und ist der Wert von α, wie durch Experiment bestimmt, 0,02, ist dann das Verhältnis des verbleibenden Magnetflusses 0,9 und kann die Re-Energetisierungszeit als 0,09 ms berechnet werden.
Durch Einstellen der Re-Energetisierungs-Stoppzeit t16 auf Basis der auf diese Weise berechneten Re-Energetisierungszeit ist es möglich, einen Re-Energetisierungsstrom, der zum Abschalten der Entladung in der Zündkerze 102 in der Lage ist, passieren zu lassen.
Daher wird durch angemessenes Einstellen der Zeit t16 die Re-Energetisierung nicht länger als notwendig durchgeführt und daher wird eine unnötige Erzeugung von Wärme in der Spule unterdrückt. Die Berechnung der Re-Energetisierungszeit kann zu jedem Zündzyklus durchgeführt werden oder kann unter Verwendung eines voreingestellten Kennfelds durchgeführt werden.
Als Nächstes wird der in der ECU 106 ausgeführte Zündsteuerprozess unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm eines Zündsteuerprozesses, welcher durch die ECU 106 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Das Flussdiagramm in 4 entspricht der Schaltungskonfiguration von beispielsweise 3.
Die ECU 106 dient dazu, eine integrierte Steuerung der Funkenentladungs-Erzeugungszeit, des Kraftstoffverbrauchsbetrags, der Leerlaufdrehzahl etc. des Verbrennungsmotors durchzuführen. Darüber hinaus führt die ECU 106 einen Betriebszustands-Detektionsprozess zum getrennten Detektieren der Betriebszustände der jeweiligen Teile des Verbrennungsmotors aus, wie etwa Einlassluftvolumen (Einlasszylinderdruck), Drehzahl, Drosselöffnung, Kühlwassertemperatur, Einlasslufttemperatur und dergleichen, des Motors, für den Zweck des unten beschriebenen Zündsteuerprozesses.
Der Zündsteuerprozess wird bei einer Rate von einmal in jedem Verbrennungszyklus ausgeführt, in welchem der Verbrennungsmotor Einlass, Kompression, Verbrennung und Abgasaktionen durchführt, beispielsweise auf Basis eines Signals aus einem Kurbelwinkelsensor, der den Drehwinkel (Kurbelwinkel) des Verbrennungsmotors detektiert.
Wenn der Zündsteuerprozess gestartet wird, liest zuerst in Schritt S101 die ECU 106 den Betriebszustand des Motors, wie in einem Betriebszustands-Detektionsprozess detektiert, der getrennt ausgeführt wird, aus.
Als Nächstes berechnet in Schritt S102 die ECU 106 eine Funkenentladungs-Erzeugungszeit (sogenannte Zündzeit) ts und eine Funkenentladungs-Haltezeit Tt auf Basis der ausgelesenen Betriebszustände und berechnet auch die Re-Energetisierungs-Startzeit rb aus der Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts und der Funkenentladungs-Haltezeit Tt.
Die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts wird beispielsweise durch eine Prozedur berechnet, in welcher ein Steuerreferenzwert unter Verwendung einer Rechenformel oder eines Kennfelds bestimmt wird, basierend auf dem Einlassluftvolumen und der Drehzahl des Verbrennungsmotors als Parameter und dieser Referenzwert wird dann auf Basis der Kühlwassertemperatur und der Einlasslufttemperatur etc. korrigiert.
Weiterhin wird die Funkenentladungs-Haltezeit Tt unter Verwendung eines voreingestellten Kennfelds oder einer Rechenformel auf Basis der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Drosselöffnung, welche die Motorlast repräsentiert, beispielsweise so berechnet, dass sie unter ersten Betriebsbedingungen länger ist, wo die Funkenenergie, die erforderlich ist, um die Luftmischung zu verbrennen, groß ist, und kürzer unter zweiten Betriebsbedingungen, wo eine kleine Funkenenergie ausreicht. Spezifischer entsprechen die ersten Betriebsbedingungen einer Niedriglast, Niedrigdrehzahl etc. des Verbrennungsmotors und entsprechen die zweiten Betriebsbedingungen einer Hochlast, Hochdrehzahl etc. desselben.
Hier beträgt die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts B20° und ist die Funkenentladungs-Haltezeit Tt 0,2 ms. Weiterhin, um die Luftmischung zu zünden, sollte die Funkenentladungszeit auf nicht weniger als 0,05 ms eingestellt werden. Folglich wird die Re-Energetisierungsstartzeit rb, zu welcher eine Re-Energetisierung der Primärwicklung gestartet wird, auf eine Zeit eingestellt, zu welcher die Funkenentladungs-Haltezeit Tt = 0,2 ms verstrichen ist, gezählt ab dem Zeitpunkt der Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts = B20°.
Als Nächstes berechnet in Schritt S103 die ECU 106 die Re-Energetisierungs-Haltezeit Rt und die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb durch die Re-Energetisierungs-Haltezeit-Recheneinheit.
Die Re-Energetisierungs-Haltezeit Rt wird unter Verwendung eines voreingestellten Kennfelds oder einer Rechenformel auf Basis der Primär-Energetisierungszeit und der Funkenentladungs-Haltezeit Tt berechnet, um kürzer zu sein, wenn der Re-Energetisierungs-Stromwert, bei welchem die Funkenentladung stoppt, niedrig ist, und so, länger zu sein, wenn der Re-Energetisierungs-Stromwert, bei welchem die Funkenentladung stoppt, hoch ist.
Spezifischer entspricht ein Fall, bei dem der Re-Energetisierungs-Stromwert, bei welchem die Funkenentladung stoppt, niedrig ist, einem Fall, bei dem der Magnetfluss Φ, der in der Zündspule 101 verbleibt, niedrig ist, und ein Fall, bei dem der Re-Energetisierungsstrom, bei welchem die Funkenentladung stoppt, hoch ist, entspricht einem Fall, bei dem der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss Φ hoch ist.
Hier wird die berechnete Re-Energetisierungs-Haltezeit Rt auf 0,05 ms eingestellt. Um die Erzeugung von durch die Re-Energetisierung produzierter Wärme zu steuern, sollte die Re-Energetisierungs-Haltezeit Rt in einem Bereich von nicht mehr als 0,5 ms eingestellt werden.
Darüber hinaus wird die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb unter Verwendung eines voreingestellten Kennfelds oder einer Rechenformel berechnet, beispielsweise auf Basis der Funkenentladung-Haltezeit Tt, um so den Ein-Zustand des Thyristors 104 fortzusetzen, bis der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss Φ aufgebraucht worden ist.
Die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb wird so eingestellt, dass sie kürzer ist, wenn die Funkenentladungs-Haltezeit Tt lang ist, und so, dass sie länger ist, wenn die Funkenentladungs-Haltezeit Tt kurz ist (wenn der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss groß ist).
Spezifischer entspricht ein Fall, bei dem die Funkenentladungs-Haltezeit Tt lang ist, einem Fall, bei dem der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss Φ klein ist, und entspricht ein Fall, bei dem die Funkenentladungs-Haltezeit Tt kurz ist, ein Fall, bei dem der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss Φ groß ist. Hier wird die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb auf 7 ms eingestellt.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S104 die ECU 106 die Energetisierungs-Startzeit der Primärwicklung 101 zu einer Zeit, die eine vorgestellte Primär-Energetisierungszeit früher als die im Schritt S102 berechnete Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts ist. Die ECU 106 ändert dann das erste Befehlssignal Sla von niedrigem Pegel zu hohem Pegel, zu dem Zeitpunkt, zu dem die Energetisierungs-Startzeit erreicht wird, mit anderen Worten, einer in 3 oben abgegebenen Zeit t11.
Wenn das erste Befehlssignal Sla von niedrigem Pegel zu hohem Pegel umgeschaltet wird, nimmt der IGBT 103 den Ein-Zustand an. Folglich fließt ein Primärstrom i1 in der Primärwicklung 101a der Zündspule 101.
Im Schritt S105 bestimmt die ECU 106, ob die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts, die im Schritt S102 berechnet ist, erreicht worden ist oder nicht, auf Basis eines Detektionssignals aus dem Kurbelwinkelsensor. Falls die Bestimmung Nein ist, wartet dann die ECU 106, bis die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts erreicht ist, durch wiederholtes Ausführen desselben Schritts.
Falls andererseits die ECU 106 in Schritt S105 feststellt, dass die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts erreicht worden ist, mit anderen Worten, dass die Zeit t12 erreicht worden ist, transferiert sich dann die ECU 106 zum Schritt S106.
Daraufhin revertiert in Schritt S106 die ECU 106 das erste Befehlssignal Sla von niedrigem Pegel zu hohem Pegel, wie zur Zeit t12 in 3 abgegeben. Als Ergebnis davon wird der IGBT 103 ausgeschaltet, wird der Primärstrom i1 ausgeschaltet, wird eine Hochspannung zur Zündung in der Sekundärwicklung 101b der Zündspule 101 induziert und wird eine Funkenentladung zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 erzeugt.
Nachfolgend bestimmt im Schritt S107 die ECU 106, ob die Re-Energetisierungs-Startzeit rb, die so eingestellt ist, dass das Abschalten der Funkenentladung zu der in Schritt S102 berechneten Funkenentladungs-Haltezeit Tt startet, erreicht worden ist, nach Bestimmen in Schritt S105, dass die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts erreicht worden ist. Falls die ECU 106 feststellt, dass die Re-Energetisierungs-Startzeit rb erreicht worden ist, mit anderen Worten, feststellt, dass die Zeit t13 erreicht worden ist, geht dann die ECU 106 zu Schritt S108 über.
Als Nächstes schaltet im Schritt S108 die ECU 106 das erste Befehlssignal S1 von niedrigem Pegel zu hohem Pegel um. Folglich tritt Re-Energetisierung in der Primärwicklung 101a der Zündspule 101 aus der Stromquellenvorrichtung 105 auf, und es beginnt ein Strom i1 zu fließen.
Daraufhin schaltet in Schritt S109 die ECU 106 das zweite Befehlssignal S1b von niedrigem Pegel zu hohem Pegel um. Dieser Prozess muss ausgeführt werden, bis das erste Befehlssignal Sla von hohem Pegel zu niedrigem Pegel im Schritt S111 umgeschaltet wird, der unten beschrieben wird.
Nachfolgend bestimmt im Schritt S110 die ECU 106, ob die Re-Energetisierungs-Haltezeit Rt, die so eingestellt ist, dass sie das Abschalten der Funkenentladung zu der in Schritt S103 berechneten Funkenentladungs-Haltezeit Tt startet, erreicht worden ist oder nicht, nach Bestimmen, in Schritt S107, dass die Re-Energetisierungs-Startzeit rb erreicht worden ist. Falls die ECU 106 feststellt, dass die Re-Energetisierungs-Haltezeit Rt erreicht worden ist, mit anderen Worten bestimmt, dass die Zeit t16 erreicht worden ist, geht dann die ECU 106 zu Schritt S111 über.
Im Schritt S111 schaltet die ECU 106 das erste Befehlssignal S1 von hohem Pegel zu niedrigem Pegel. Folglich wird die Re-Energetisierung der Primärwicklung 101a der Zündspule 101 aus der Stromquellenvorrichtung 105 angehalten. Simultan dazu startet der Primärstrom i1, in die durch die Primärwicklung 101a und der Thyristor 104 gebildete geschlossene Schleife zu fließen, aufgrund des in der Zündspule 101 verbleibenden Magnetflusses.
Nach diesem Schritt wird der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss durch den Innenwiderstand der Primärwicklung 101a und durch den Widerstand 107 aufgebraucht und nimmt der in der geschlossenen Schleife der Primärwicklung 101a und dem Thyristor 104 fließende Primärstrom i1 ab.
Nachfolgend bestimmt in Schritt S112 die ECU 106, ob die im Schritt S103 berechnete Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb verstrichen ist, nachdem das zweite Befehlssignal S1b vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel im Schritt S109 geändert wurde. Falls die Bestimmung Ja ist, geht dann die ECU 106 zu Schritt S113 über und falls die Bestimmung Nein ist, wartet dann die ECU 106 durch wiederholtes Ausführen desselben Schritts.
Wenn die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb verstrichen ist und die Zeit t18 erreicht, kehrt im Schritt S113 die ECU 106 das zweite Befehlssignal S1b vom hohen Pegel zu niedrigem Pegel um und beendet dann den Zündsteuerprozess.
Die Re-Energetisierungszeitrechnung durch das Re-Energetisierungszeit-Rechenmittel: Zweites Beispiel.
Im zweiten Rechenbeispiel berechnet die Re-Energetisierungszeit-Recheneinheit die Re-Energetisierungszeit auf Basis der Änderung beim Strom in der Primärwicklung 101a während der Re-Energetisierung. Dieser Fall ist besonders effektiv in Situationen beispielsweise, bei denen die Fluidbewegungen innerhalb des Zylinders des Verbrennungsmotors die Funkenentladung veranlassen, zu wandern und sich zu verlängern, oder wo es eine Änderung beim Entladungspfad gibt.
Im Fällen dieser Art variiert die Sinkrate beim Magnetfluss Φ, während die Funkenentladung sich in der Zündkerze 102 fortsetzt, stark mit Entladungsbedingungen innerhalb des Motorzylinders. Daher ist der in der Zündspule verbleibende Magnetfluss Φ nicht derselben, selbst falls die Funkenentladungs-Haltezeit die gleiche ist. Mit anderen Worten ist es in einem tatsächlichen Zylinder eines Verbrennungsmotors schwierig, eine Re-Energetisierungszeit zu berechnen, die zum in der Zündspule verbleibenden Magnetfluss passt, durch Berechnung basierend auf der primären Energetisierungszeit und der Funkenentladungs-Haltezeit.
Der Wert des Re-Energetisierungsstroms steigt zur Zeit t15 scharf an, wo ein Magnetfeld H entsprechend dem in der Zündspule verbleibenden Magnetfluss Φ erzeugt wird und die Funkenentladung in der Zündkerze 102 gestoppt wird. Derweil wird nach Zeit t15, zu welcher die Funkenentladung gestoppt wird, der Magnetfluss Φ weiter im Eisenkern der Zündspule 101 akkumuliert und daher verkleinert sich die Anstiegsrate bei dem Re-Energetisierungsstrom nach der Zeit t15. Daher detektiert im zweiten Rechenbeispiel die Re-Energetisierungszeit-Recheneinheit eine Entladungsstopp-Abschlusszeit t15 auf Basis der Änderung beim Strom.
Beispielsweise erfasst die Re-Energetisierungszeit-Recheneinheit den Differentialwert des Re-Energetisierungsstroms und bestimmt, dass die Entladungsstopp-Abschlusszeit t15 verstrichen ist und eine Übertragung der Wiederladung der Spule vorgenommen worden ist, wenn der Differentialwert des Stroms unter einen voreingestellten Schwellenwert zu einer gewissen Zeit nach dem Start der Re-Energetisierung fällt. Falls diese Zeit als die Re-Energetisierungs-Stoppzeit t16 genommen wird, ist dann Zeit t16 die Einstellung der Re-Energetisierungszeit, die zum verbleibenden Magnetfluss Φ in der Spule passt.
Durch Stoppen der wie oben beschrieben berechneten Re-Energetisierungszeit t16 ist es möglich, den Re-Energetisierungsstom, der in der Lage ist, die Entladung in der Zündkerze 102 abzuschalten, zu verursachen, selbst falls der Magnetfluss Φ zur Entladungs-Startzeit t13 unbekannt ist, und weiterhin wird eine Re-Energetisierung nicht unnötig lange Zeit ausgeführt und unerwünschte Erzeugung von Wärme in der Spule kann unterdrückt werden.
Wenn die Zeit t16 berechnet wird, ist es notwendig, einen Stromdetektor zum Detektieren der Änderung beim in der Primärwicklung 101a während der Re-Energetisierung fließenden Re-Energetisierungsstrom bereitzustellen, als Teil der Konfiguration der Entladungsstoppvorrichtung.
5 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches die spezifische Konfiguration einer mit einem Stromdetektor versehenen Entladungsstoppvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Stromdetektionswiderstand 109 ist in Reihe zwischen dem Positivelektrodenanschluss der Stromquellenvorrichtung 105 und der Primärwicklung 101a installiert. Die Spannung V1a und die Spannung V1b an beiden Enden des Stromdetektionswiderstands 109 werden an einen Differentialverstärker 110 eingegeben.
Die ECU 106 misst dann die Ausgabe V1, welche durch Verstärkung des Spannungsabfalls zwischen den zwei Enden des Stromdetektionswiderstands 109 ermittelt wird, durch den Differentialverstärker 110. Die ECU 106 wandelt die Ausgabe V1 in einen Stromwert um.
Als Nächstes wird der in der ECU 106 ausgeführte Zündsteuerprozess unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm eines Zündsteuerprozesses, welcher durch die ECU 106 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird. Das Flussdiagramm in 6 entspricht beispielsweise der Schaltungskonfiguration in 5.
Die ECU 106 dient dazu, die integrierte Steuerung der Funkenentladungs-Erzeugungszeit, der Kraftstoffverbrauchsmenge und der Leerlaufdrehzahlen etc. des Verbrennungsmotors durchzuführen. Darüber hinaus führt die ECU 106 einen Betriebszustands-Detektionsprozess zum getrennten Detektieren der Betriebszustände der jeweiligen Teile des Verbrennungsmotors aus, wie etwa Einlassluftvolumen (Einlasszylinderdruck), Drehzahl, Drosselöffnung, Kühlwassertemperatur, Einlasslufttemperatur und dergleichen des Motors für den Zweck des unten beschriebenen Zündsteuerprozesses.
Der Zündsteuerprozess wird bei einer Rate von einmal in jedem Verbrennungszyklus ausgeführt, in welchem der Verbrennungsmotoreinlass-, Verdichtung-, Verbrennung- und Abgasaktionen durchführt, beispielsweise auf Basis eines Signals aus dem Kurbelwinkelsensor, der den Drehwinkel (Kurbelwinkel) des Verbrennungsmotors detektiert.
Wenn der Zündsteuerprozess gestartet wird, liest zuerst im Schritt S201 die ECU 106 den Betriebszustand des Motors aus, wie in einem Betriebszustands-Detektionsprozess detektiert, der getrennt ausgeführt wird.
Als Nächstes berechnet im Schritt S202 die ECU 106 eine Funkenentladungs-Erzeugungszeit (sogenannte Zündzeit) ts und eine Funkenentladung-Haltezeit Tt auf Basis der ausgelesenen Betriebszustände und berechnet auch die Re-Energetisierungs-Startzeit rb.
Die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts wird beispielsweise durch eine Prozedur berechnet, in welcher ein Steuerreferenzwert unter Verwendung einer Rechenformel oder eines Kennfelds bestimmt wird, basierend auf dem Einlassluftvolumen und der Drehzahl des Verbrennungsmotors als Parameter, und dieser Referenzwert wird dann auf Basis der Kühlwassertemperatur und der Einlasslufttemperatur etc. korrigiert.
Weiterhin wird die Funkenentladungs-Haltezeit Tt unter Verwendung eines voreingestellten Kennfelds oder einer Rechenformel auf Basis der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Drosselöffnung, welche die Motorlast repräsentiert, beispielsweise so berechnet, dass sie unter ersten Betriebsbedingungen länger ist, wo die Funkenenergie, die erforderlich ist, um die Luftmischung zu verbrennen, groß ist, und kürzer unter zweiten Betriebsbedingungen, wo eine kleine Funkenenergie ausreicht. Spezifischer entsprechen die ersten Betriebsbedingungen einer Niedriglast, Niedrigdrehzahl etc. des Verbrennungsmotors und entsprechen die zweiten Betriebsbedingungen einer Hochlast, Hochdrehzahl etc. desselben.
Hier beträgt die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts B20° und ist die Funkenentladungs-Haltezeit Tt 0,2 ms. Weiterhin, um die Luftmischung zu zünden, sollte die Funkenentladungszeit auf nicht weniger als 0,05 ms eingestellt werden. Folglich wird die Re-Energetisierungsstartzeit rb, zu welcher eine Re-Energetisierung der Primärwicklung gestartet wird, auf eine Zeit eingestellt, zu welcher die Funkenentladungs-Haltezeit Tt = 0,2 ms verstrichen ist, gezählt ab dem Zeitpunkt der Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts = B20°.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S203 die ECU 106 die Energetisierungs-Startzeit der Primärwicklung 101a zu einer Zeit, die um eine voreingestellte Primär-Energetisierungszeit früher als die in Schritt S202 berechnete Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts ist. Die ECU 106 ändert dann das erste Befehlssignal Sla von niedrigem Pegel zu hohem Pegel zu einem Zeitpunkt, zu dem die Energetisierungs-Startzeit erreicht wird, mit anderen Worten zur Zeit t11, die in 3 oben angegeben ist.
Durch den Prozess in Schritt S203, wenn das erste Befehlssignal Sla von niedrigem Pegel zu hohem Pegel umgeschaltet wird, nimmt der IGBT 103 den Ein-Zustand an. Folglich fließt ein Primärstrom i1 in der Primärwicklung 101a der Zündspule 101.
Im Schritt S204 bestimmt die ECU 106, ob die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts, die im Schritt S202 berechnet ist, erreicht worden ist oder nicht, auf Basis eines Detektionssignals aus dem Kurbelwinkelsensor. Falls die Bestimmung Nein ist, wartet dann die ECU 106, bis die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts erreicht ist, durch wiederholtes Ausführen desselben Schritts.
Falls andererseits die ECU 106 in Schritt S204 feststellt, dass die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts erreicht worden ist, mit anderen Worten, dass die Zeit t12 erreicht worden ist, transferiert sich dann die ECU 106 zum Schritt S205.
Daraufhin revertiert in Schritt S205 die ECU 106 das erste Befehlssignal Sla von niedrigem Pegel zu hohem Pegel, wie zur Zeit t12 in 3 abgegeben. Als Ergebnis davon wird der IGBT 103 ausgeschaltet, wird der Primärstrom i1 ausgeschaltet, wird eine Hochspannung zur Zündung in der Sekundärwicklung 101b der Zündspule 101 induziert und wird eine Funkenentladung zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 erzeugt.
Nachfolgend bestimmt im Schritt S206 die ECU 106, ob die Re-Energetisierungs-Startzeit rb, die so eingestellt ist, dass das Abschalten der Funkenentladung zu der in Schritt S202 berechneten Funkenentladungs-Haltezeit Tt startet, erreicht worden ist, nach Bestimmen in Schritt S105, dass die Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts erreicht worden ist. Falls die ECU 106 feststellt, dass die Re-Energetisierungs-Startzeit rb erreicht worden ist, mit anderen Worten, feststellt, dass die Zeit t13 erreicht worden ist, geht dann die ECU 106 zu Schritt S207 über.
Als Nächstes schaltet im Schritt S207 die ECU 106 das erste Befehlssignal S1 von niedrigem Pegel zu hohem Pegel um. Folglich tritt Re-Energetisierung in der Primärwicklung 101a der Zündspule 101 aus der Stromquellenvorrichtung 105 auf, und es beginnt ein Strom i1 zu fließen.
Daraufhin schaltet in Schritt S208 die ECU 106 das zweite Befehlssignal S1b von niedrigem Pegel zu hohem Pegel um. Dieser Prozess muss ausgeführt werden, bis das erste Befehlssignal Sla von hohem Pegel zu niedrigem Pegel im Schritt S201 umgeschaltet wird, der unten beschrieben wird.
Als Nächstes liest in Schritt S2090 die ECU 106 den Differentialwert des Stroms i1 ein. Daraufhin geht die ECU 106 zu Schritt S210 über. Nachfolgend bestimmt im Schritt S210 die ECU 106, ob der Differentialwert des Stroms i1 unter einem voreingestellten Schwellenwert ist oder nicht. Falls die Bestimmung Nein ist, kehrt dann die ECU 106 zu Schritt S209 zurück und wartet dadurch, bis der Differentialwert des Stroms i1 unter den Schwellenwert fällt.
Falls andererseits die Zeit t16, zu welcher der Differentialwert des Stroms i1 unter den voreingestellten Schwellenwert fällt, erreicht worden ist, bestimmt dann die ECU 106, dass das Stoppen der Entladung abgeschlossen worden ist. Hier, gegeben, dass vorherige Experimentierung zum Stoppen der Entladung anzeigt, dass der Stromdifferentialwert ab dem Start der Re-Energetisierung zum Abschluss des Abschaltens der Entladung 30 A/ms beträgt, und der Stromdifferentialwert, wenn Magnetfluss in der Spule nach Abschluss des Abschaltens der Entladung akkumuliert wird, 2 A/ms beträgt, wird dann der Schwellenwert in einem Bereich von 2 bis 30 A/ms eingestellt.
Der Schwellenwert kann auf einen niedrigen Wert eingestellt werden, um komplettes Abschalten der Entladung sicherzustellen. Beispielsweise wird der Schwellenwert eingestellt, nicht größer als 10 A/ms zu sein.
Im Schritt S211 schaltet als Nächstes die ECU 106 das erste Befehlssignal S1 von hohem Pegel zu niedrigem Pegel. Folglich wird die Re-Energetisierung der Primärwicklung 101a der Zündspule 101 aus der Stromquellenvorrichtung 105 angehalten. Simultan dazu startet der Primärstrom i1, in die durch die Primärwicklung 101a und der Thyristor 104 gebildete geschlossene Schleife zu fließen, aufgrund des in der Zündspule 101 verbleibenden Magnetflusses.
Nach diesem Schritt wird der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss durch den Innenwiderstand der Primärwicklung 101a und durch den Widerstand 107 aufgebraucht und nimmt der in der geschlossenen Schleife der Primärwicklung 101a und dem Thyristor 104 fließende Primärstrom i1 ab.
Als Nächstes berechnet in Schritt S212 die ECU 106 die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb, welche die verstrichene Zeit nach Umschalten auf hohem Pegel im Schritt S208 ist. Beispielsweise berechnet die ECU 106 die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb unter Verwendung eines voreingestellten Kennfelds oder einer Berechnungsformel auf Basis der Re-Energetisierungszeit entsprechend der Zeitperiode ab Schritt S208 bis Schritt S211 auf solche Weise, dass der Ein-Zustand des Thyristors 104 fortgesetzt wird, bis der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss Φ aufgebraucht ist.
Die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb wird eingestellt, kürzer zu sein, wenn die Re-Energetisierungszeit länger ist, und länger, wenn die Re-Energetisierungszeit kürzer ist. Spezifischer entspricht ein Fall, bei dem die Re-Energetisierungszeit lang ist, einem Fall, bei dem der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss Φ klein ist, und entspricht ein Fall, bei dem die Re-Energetisierungszeit kurz ist, einem Fall ist, bei dem der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss Φ groß ist. Hier wird die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb auf 7 ms eingestellt.
Nachfolgend bestimmt in Schritt S213 die ECU 106, ob die im Schritt S2123 berechnete Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb verstrichen ist, nachdem das zweite Befehlssignal S1b vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel im Schritt S208 geändert wurde. Falls die Bestimmung Ja ist, geht dann die ECU 106 zu Schritt S214 über und falls die Bestimmung Nein ist, wartet dann die ECU 106 durch wiederholtes Ausführen desselben Schritts.
Wenn die Primärwicklungs-Kurzschlusszeit Tb verstrichen ist und die Zeit t18 erreicht, kehrt im Schritt S214 die ECU 106 das zweite Befehlssignal S1b vom hohen Pegel zu niedrigem Pegel um und beendet dann den Zündsteuerprozess.
Im Timing-Diagramm in 3 entspricht Zeit t12 der Funkenentladungs-Erzeugungszeit ts, entspricht die Zeitperiode ab Zeit t12 bis zur Zeit t15 der Funkenentladungs-Haltezeit Tt, entspricht Zeit t13 der Re-Energetisierungs-Startzeit rb und entspricht die Zeitperiode ab Zeit t13 bis zur Zeit t16 der Re-Energetisierungs-Haltezeit Rt.
Wie oben beschrieben, ist die Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Re-Energetisierungs-Steuerprozesseinheit versehen, die einen ersten Schalter zu einem verbundenen Zustand während des Auftretens einer Funkenentladung umschaltet und die Primärspule mit Strom re-energetisiert, und einer Zirkulationssteuer-Prozesseinheit, die einen zweiten Schalter, der in einem Stromzirkulationspfad angeordnet ist, der eine Primärspule und eine andere Primärspule verbindet, zu einem verbundenen Zustand während des Auftretens einer Funkenentladung umschaltet, wodurch der Stromzirkulationspfad zu einem verbundenen Zustand gesetzt wird.
Als Ergebnis davon, indem die Funkenentladung unter Verwendung einer Re-Energetisierungsvorrichtung und einer Zirkulationsvorrichtung gestoppt wird, ist es möglich, rasch und zuverlässig eine Funkenentladung während des Entladens zu stoppen.
Darüber hinaus, da die Re-Energetisierungsvorrichtung veranlasst wird, die Re-Energetisierung durch Umschalten des ersten Schalters zu einem getrennten Zustand zu stoppen, wenn der Stromzirkulationspfad zu einem verbundenen Zustand durch die Zirkulationsvorrichtung eingestellt worden ist, ist es dann möglich, eine Funkenentladung rasch und zuverlässig während des Entladens zu stoppen. Folglich kann die Erzeugung unnötiger Wärme in der Zündspule aufgrund der Re-Energetisierung verringert werden.
Darüber hinaus, wenn die Zirkulationsvorrichtung die Primärspule veranlasst, mit Strom durch die Wiederhol-Entladungsvorrichtung re-energetisiert zu werden, ist es möglich, eine Funkenentladung rasch und zuverlässig während des Entladens zu stoppen, durch Umschalten des zweiten Schalters zu einem verbundenen Zustand.
Darüber hinaus ist die Re-Energetisierungsvorrichtung in der Lage, die Funkenentladung rasch und zuverlässig während des Entladens zu stoppen, durch Justieren der Re-Energetisierungszeit gemäß der Energiemenge, die in der Primärspule akkumuliert ist, um eine Funkenentladung zu erzeugen. Folglich kann die Erzeugung von unnötiger Wärme in der Zündspule aufgrund von Re-Energetisierung unterdrückt werden.
Darüber hinaus, durch Detektieren des Stromdifferentialwerts, welcher der Änderungsbetrag beim in der Primärspule fließenden Strom ist, ist die Re-Energetisierungsvorrichtung in der Lage, die Re-Energetisierung durch Umschalten des ersten Schalters zu einem getrennten Zustand zu beenden, wenn der Änderungsbetrag beim Strom gleich oder kleiner als ein Bestimmungswert ist. Als Ergebnis davon ist es möglich, die Funkenentladung rasch und zuverlässig während des Entladens zu stoppen, und kann die Erzeugung unnötiger Wärme in der Zündspule aufgrund der Re-Energetisierung verringert werden.
Zweite Ausführungsform
7 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches die spezifische Konfiguration einer Entladungsstoppvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 7 illustriert, beinhaltet die Konfiguration der Entladungsstoppvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Zündspule 101, eine Zündkerze 102, einen IGBT 103, eine Stromquellenvorrichtung (Batterie) 105, eine ECU 106, Transistoren 201, 202, ein eindirektionales Energetisierungselement 203 und Widerstände 204 bis 206.
Die Zündspule 101 wird durch eine Primärwicklung 101a und eine Sekundärwicklung 101b gebildet. Die Zündkerze 102 ist in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Der IGBT 103 ist in Reihe mit der Primärwicklung 101a verbunden und beim Einschalten schließt er die zwei Enden der Primärwicklung 101a kurz.
Die Stromversorgungsvorrichtung (Batterie) 105 liefert eine Spannung von 12 V beispielsweise als Magnetenergie zur Entladung. Die ECU 106 gibt jeweils ein erstes Befehlssignal Sla und ein zweites Befehlssignal S1b aus.
Der Transistor 201 bildet einen Stromquellenschalter. Weiterhin steuert der Transistor 202 das Ein/Aus-Schalten des Transistors 201. Das eindirektionale Energetisierungselement 203 ist parallel zur Primärwicklung 101a der Zündspule 101 verbunden.
Der Widerstand 204 ist in Reihe mit dem eindirektionalen Energetisierungselement 203 verbunden. Ein Widerstand 205 ist zwischen der Basis des Transistors 201 und dem Verbinder des Transistors 202 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Darüber hinaus ist der Widerstand 206 zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 201 verbunden.
Hier repräsentiert der Widerstand 204 die Widerstandskomponente des geschlossenen Schleifenpfads der Primärwicklung 101a, wenn der Transistor 201 aus ist und der IGBT 103 an ist, und beinhaltet den Vorwärtsrichtungswiderstand und den Verdrahtungswiderstand etc. des eindirektionalen Energetisierungselements 203.
Ein Ende der Primärwicklung 101a ist mit dem Kollektor des Transistors 201 verbunden und ihr anderes Ende ist mit dem Kollektor des IGBT 103 verbunden. Weiterhin ist ein Ende der Sekundärwicklung 101b mit einem Ende der Primärwicklung 101a verbunden, die mit der Positivelektrode der Stromquellenvorrichtung 105 über das Gleichrichtelement 108 verbunden ist. Darüber hinaus ist das andere Ende der sekundären Wicklung 101b mit der Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 verbunden.
Die seitliche Elektrode 102b der Zündkerze 102 ist zu einer Erde desselben Potentials wie die negative Elektrode der Stromquellenvorrichtung 105 geerdet. Weiterhin ist die Basis des IGBT 103 mit der ECU 106 verbunden und ist der Emitter des IGBT 103 gegenüber Erde geerdet.
Der positive Elektrodenseiten-Ausgangsanschluss der Stromquellenvorrichtung 105 ist mit dem Emitter des Transistors 201 verbunden. Die Basis des Transistors 201 ist über einen Widerstand 205 mit dem Verbinder des Transistors 202, dessen Emitter geerdet ist, verbunden. Ein Widerstand 206 ist zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 201 verbunden. Das Gatter des Transistors 202 ist mit der ECU 106 verbunden.
Weiterhin ist eine Diode, die ein eindirektionales Energetisierungselement 203 bildet, parallel zur Primärwicklung 101a der Zündspule 101 verbunden, mit der Anode zur Erdungsseite. Ein Ende des Widerstands 204 ist mit dem Emitter des Transistors 201 verbunden und das andere Ende desselben ist mit der Kathodenseite der Diode verbunden, welche das eindirektionale Energetisierungselement 203 bildet.
Strom fließt nicht in die Primärwicklung 101a, wenn der IGBT 103 in einem Aus-Zustand ist, aufgrund dessen, dass das aus der ECU 106 ausgegebene erste Befehlssignal S2a an den IGBT 103 auf niedrigem Niveau ist, was allgemein einem Erdungspotential entspricht, oder wenn der Transistor 201 in einem Aus-Zustand ist, aufgrund dem, dass das zweite Befehlssignal S2b, das aus der ECU 106 an den Transistor 202 ausgegeben wird, auf einem niedrigen Pegel ist, was allgemein einem Erdungspotential entspricht.
Weiterhin, falls das erste Befehlssignal S2a auf hohen Pegel ist, ist der IGBT 103 ein, und das zweite Befehlssignal S2b auf einem hohen Pegel ist und der Transistor 202 ein ist, wird dann ein Strompfad in der Primärwicklung 101a von der positiven Elektrodenseite der Stromquellenvorrichtung 105 zur negativen Elektrodenseite der Stromquellenvorrichtung 105 über die Primärwicklung 101a der Zündspule 101 gebildet, und fließt ein Primärstrom i1 in der Primärwicklung 101a.
Folglich, wenn das erste Befehlssignal S2a und das zweite Befehlssignal S2b beide auf einem hohen Pegel sind, und der Primärstrom i1 in der Primärwicklung 101a fließt, wird dann, falls das erste Befehlssignal s2a auf niedrigen Pegel umgeschaltet wird, der IGBT 103 ausgeschaltet und wird die Energetisierung der Primärwicklung 101a mit dem Primärstrom i1 abgeschaltet.
Daher wird eine Hochspannung zur Zündung in der Sekundärwicklung 101b der Zündspule 101 erzeugt. Durch Anwenden dieser Hochspannung zur Zündung auf die Zündkerze 102 wird eine Funkenentladung zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 erzeugt.
Die Zündspule 101 ist auf solche Weise konfiguriert, dass eine negative Hochspannung zur Zündung, welche niedriger ist als das Erdungspotential, auf der Seite der Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 erzeugt wird, durch Abschalten der Energetisierung der Primärwicklung 101a mittels des IGBT 103. Als Ergebnis davon fließt der in der Sekundärwicklung 101b entsprechend der Funkenentladung fließende Sekundärstrom i2 aus der Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 über die Sekundärwicklung 101b zur Seite der Primärwicklung 101a.
Weiterhin ist ein Gleichrichtelement 108, das aus einer Diode oder dergleichen aufgebaut ist, in dem Verbindungsteil zwischen der Sekundärwicklung 101b und der Primärwicklung 101a vorgesehen, um den Fluss von Strom in Vorwärtsrichtung aus der Sekundärwicklung 101b zur Primärwicklungsseite 101a zu gestatten, und den Fluss von Strom in der entgegengesetzten Richtung zu hemmen.
Im spezifischen Beispiel in der in 7 illustrierten zweiten Ausführungsform ist eine Diode, deren Anode mit der Sekundärwicklung 101b verbunden ist, und deren Kathode mit der Primärwicklung 101a verbunden ist, als das Gleichrichtelement 108 vorgesehen. Es wird verhindert, dass Strom an die Sekundärwicklung 101b fließt, wenn der IGBT 103 eingeschaltet ist, mit anderen Worten, beim Start der Energetisierung der Primärwicklung 101a durch den Betrieb dieses Gleichrichtelements 108.
In der zweiten Ausführungsform ist ein Ende des Gleichrichtelements 108 mit der Sekundärwicklung 101b verbunden, aber ähnliche Effekte können mit einer Konfiguration erhalten werden, in der ein Ende des Gleichrichtelements 108 mit Erdung verbunden ist.
Als Nächstes, wenn das erste Befehlssignal S2a, welches aus der ECU 106 an den IGBT 103 ausgegeben wird, auf hohem Pegel ist, und das zweite Befehlssignal S2b, das aus der ECU 106 an den Transistor 202 ausgegeben wird, auf einem niedrigen Pegel ist, werden dann die zwei Enden der Primärwicklung 101a der Zündspule 101 kurzgeschlossen.
Als Ergebnis davon wird eine geschlossene Schleife durch die Primärwicklung 101a, die Diode 203 und den Widerstand 204 gebildet. Aufgrund der Diode 203 wird einem in der Primärwicklung 101a fließenden Strom gestattet, nur in derselben Richtung wie der Richtung zu fließen, in welcher der Strom fließt, wenn der Primärstrom i1 energetisiert wird.
Als Nächstes wird eine Reihe von Operationen der Schaltungskonfiguration in 7 unter Bezugnahme auf ein Timing-Diagramm beschrieben. 8 ist ein Zeitdiagramm, welches die Wellenform der jeweiligen Einheiten einer Entladungsstoppvorrichtung zeigt, mit der die Schaltungskonfiguration in 7 versehen ist, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Spezifischer zeigt 8 ein Timing-Diagramm, welches in der Reihenfolge ab oben die Zustände des ersten Befehlssignals S2a, des zweiten Befehlssignals S2b, des in die Primärwicklung 101a der Zündspule 15 fließenden Primärstroms i1, des Potentials Vp der Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 und des in die Sekundärwicklung 101b der Zündspule 101 fließenden Sekundärstroms i2 im in 7 illustrierten Schaltungsdiagramm darstellt.
Zur Zeit t20 schaltet die ECU 106 das zweite Befehlssignal S2b vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel um und zur Zeit t21 danach schaltet die ECU 106 das erste Befehlssignal S2a vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel um. Als Ergebnis davon fließt ein Primärstrom i1 in der Primärwicklung 101a der Zündspule 101.
Daraufhin schaltet die ECU 106 das erste Befehlssignal S2a aus dem hohen Pegel zum niedrigen Pegel um, zur Zeit t22, wenn eine voreingestellte Energetisierungszeit verstrichen ist, und wird die Energetisierung der Primärwicklung 101a der Zündspule 101 mit dem Primärstrom i1 abgeschaltet.
Als Ergebnis dieses Abschaltens wird eine negative Hochspannung zur Zündung an die Zentralelektrode 102a der Zündkerze 102 angelegt, fällt das Potential Vp derselbe plötzlich und wird eine Funkenentladung zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 erzeugt.
Zur Zeit t23, wenn eine Funkenentladungs-Haltezeit, die auf Basis des Betriebszustands des Verbrennungsmotors berechnet wird, nach Erzeugung einer Funkenentladung zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 verstrichen ist, schaltet die ECU 106 das erste Befehlssignal S2a wieder vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel um. Als Ergebnis davon beginnt ein Primärstrom i1 zur Re-Energetisierung, in die Primärwicklung 101a zu fließen.
Zur Zeit t24, wenn der Primärstrom i1 zur Re-Energetisierung einen Stromwert erreicht, der ein Magnetfeld H entsprechend dem in dem Eisenkern der Zündspule 101 verbleibenden Magnetfluss Φ erzeugt, wird eine Spannung entgegengesetzter Polarität zur Hochspannung zur Zündung, welche in der Sekundärwicklung 101b während der Erzeugung eines Funkens erzeugt wurde, in der Sekundärwicklung 101b induziert. Als Ergebnis davon, wenn die Spannung zwischen den Elektroden 102a und 102b unter die Entladungshaltespannung fällt, wird die Funkenentladung in der Zündkerze 102 kompulsorisch abgeschaltet.
Je größer der im Eisenkern verbleibende Magnetfluss Φ ist, desto höher ist der Primärstrom i1, bei welchem die Funkenentladung gestoppt wird. Daher, je größer der im Eisenkern verbleibende Magnetfluss Φ, desto länger die erforderliche Re-Energetisierungszeit.
Falls sich die Re-Energetisierung fortsetzt, nachdem die Entladung gestoppt ist, wird dann ein unnötiger Magnetfluss Φ zusätzlich in der Spule gespeichert. Daher stoppt die ECU 106 die Re-Energetisierung durch Umschalten des zweiten Befehlssignals S2b von hohem Pegel zu niedrigem Pegel, zu einer Re-Energetisierungsendzeit t25, welche durch das Re-Energetisierungszeit-Rechenmittel berechnet wird.
Die zwei Enden der Primärwicklung 101 werden zur Zeit t25 kurzgeschlossen. Als Ergebnis davon beginnt nach Re-Energetisierung der Primärstrom i1 in der geschlossenen Schleife zu fließen, welche durch die Primärwicklung 101a, die Diode 203 und den Widerstand 204 gebildet ist, aufgrund des in der Zündspule 101 verbleibenden Magnetflusses Φ.
Die zweite Ausführungsform beschreibt einen Fall, bei dem das zweite Befehlssignal S2b während der Funkenentladung nach Zeit t22 ein ist. Jedoch kann das zweite Befehlssignal S2b nach der Zeit t22 ausgeschaltet werden und kann das zweite Befehlssignal S2b wieder vor Zeit t23 eingeschaltet werden.
Ähnlich zur ersten Ausführungsform oben, wenn die Widerstandskomponente 204 des geschlossenen Schleifenpfads der Primärwicklung 101a größer wird, steigt der Primärstrom i1 nicht bis zu einem Stromwert an, der ein Magnetfeld H entsprechend dem Magnetfluss Φ erzeugt, und wird eine Spannung derselben Polarität wie die Hochspannung zur Zündung wieder in der Zündkerze 102 erzeugt.
Jedoch ist die Wiederholisolier-Durchbruchspannung eine viel höhere Spannung (mehrere kV bis mehrere zehn kV) als die Entladungshaltespannung (ungefähr mehrere hundert V). Daher tritt eine Wiederhol-Funkenentladung nicht zwischen den Elektroden 102a und 102b der Zündkerze 102 auf.
Der in der Zündspule 101 verbleibende Magnetfluss Φ wird durch den Innenwiderstand der Primärwicklung 101a und die Widerstandskomponente des geschlossenen Schleifenpfads aufgebraucht und der Primärstrom i1 nimmt graduell ab. Daher hört zum Zeitpunkt t26, wo der Magnetfluss aufgebraucht worden ist, der Primärstrom i1 auf, zu fließen.
Daraufhin schaltet zum Zeitpunkt t27 die ECU 106 den IGBT 103 durch Umschalten des ersten Befehlssignals S2 von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel aus. Als Ergebnis davon wird die durch die Primärwicklung 101a, die Diode 203 und den Widerstand 204 gebildete, geschlossene Schleife aufgehoben. Auf diese Weise wird die Funkenentladung in einem Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors beendet.
Wie oben beschrieben, legt die Entladungsstoppvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform eine Hochspannung zur Zündung, welche in einer Sekundärwicklung einer Zündspule induziert wird, durch Energetisieren und dann Ausschalten der Primärwicklung an eine Zündkerze an, und erzeugt dadurch eine Funkenentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze.
Zu einer Funkenentladungs-Haltezeit, die auf Basis des Betriebszustands des Verbrennungsmotors berechnet wird, wird die Primärwicklung für einen kurzen Zeitraum re-energetisiert, wird eine Spannung entgegengesetzter Polarität zur Hochspannung zur Zündung, die in der Sekundärwicklung während der Erzeugung eines Funkens in der Sekundärwicklung induziert wird, erzeugt wird, und die Entladung wird gestoppt durch kompulsorisches Ausschalten der Funkenentladung in der Zündkerze.
Nach dieser Re-Energetisierung für einen kurzen Zeitraum, da der Magnetfluss durch den Pfad aufgebaut wird, der beide Enden der Primärwicklung kurzschließt, wird die Entladung der Sekundärwicklung rasch und zuverlässig abgeschaltet, selbst in Fällen, bei denen der geschlossene Schleifenpfad der Primärwicklung einen hohen Widerstandswert aufweist. Weiterhin wird die Re-Energetisierungszeit optimal durch das Re-Energetisierungszeit-Rechenmittel gesteuert, und wird eine verschwenderische Erzeugung von Wärme nicht in der Zündspule auftreten.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die ersten und zweiten oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und kann verschiedene Modi, wie etwa jene unten angegebenen adaptieren. In den ersten und zweiten Ausführungsformen wird das Re-Energetisierungsmittel für die Primärwicklung durch ein primäres Energetisierungsmittel geteilt, wie etwa eine Stromquellenvorrichtung, Zündschalter zum Zuführen elektrischer Energie zur Entladung. Jedoch ist es auch möglich, die Funkenentladung durch die Zündvorrichtung rasch und zuverlässig während des Entladens in ähnlicher Weise zu stoppen, durch Bereitstellen beispielsweise einer neuen Stromquelle oder von Schaltmitteln speziell für das Re-Energetisierungsmittel getrennt von dem primären Energetisierungspfad.
Weiterhin, selbst falls die Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor auf solche Weise konfiguriert ist, dass beide Enden der Primärwicklung unter Verwendung eines Transistors kurzgeschlossen werden oder dergleichen, statt eines eindirektionalen Elements, wie etwa eines Thyristors oder einer Diode, ist es immer noch möglich, die Primärwicklung kurzzuschließen und den verbleibenden Magnetfluss in der Zündspule aufzubrauchen.
Weiterhin wurde ein Stromdetektionswiderstand als ein Re-Energetisierungsstrom-Detektionsmittel verwendet, aber das Stromdetektionsmittel kann jegliches Mittel wie etwa einen Stromtransformator verwenden. Darüber hinaus kann die Installationsposition des Stromdetektionsmittels an irgendeiner gewünschten Position sein, beispielsweise zwischen dem Zündschalter und der Primärwicklung, vorausgesetzt, dass der Strom in der Primärwicklung dadurch detektiert werden kann.
Darüber hinaus wurde in den ersten und zweiten oben beschriebenen Ausführungsformen die Steuerung der Schalter durch eine ECU-Steuerung durchgeführt, aber es ist auch möglich, eine Konfiguration anzunehmen, wobei eine Re-Energetisierungs-Steuerprozesseinheit zum Steuern der Re-Energetisierung in der Primärspule und eine Zirkulationssteuerprozesseinheit zum Steuern der Zirkulation in dem Stromzirkulationspfad, der beide Enden der Primärspule verbindet, individuell in der Steuerung vorgesehen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2001012338 [0006]

Claims

Entladungs-Stoppvorrichtung zum Stoppen einer Funkenentladung, während der Entladung, in einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Entladungs-Stoppvorrichtung umfasst: eine Zündkerze (2), die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die einander über einen Spalt hinweg gegenüberliegen, und die eine brennbare Luftmischung in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors durch Erzeugen einer Funkenentladung im Spalt zündet; eine Zündspule (1), die eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung enthält, die magnetisch mit der Primärwicklung gekoppelt ist; eine Stromquellenvorrichtung (5), die der Primärspule Strom zuführt; einen ersten Schalter (3), welcher zwischen der Primärspule und der Stromquellenvorrichtung (5) angeordnet ist und der den aus der Stromquellenvorrichtung (5) zugeführten Strom zwischen einem verbundenen Zustand und einem unterbrochenen Zustand umschaltet; eine Steuerung (7), welche die Primärspule veranlasst, mit Strom energetisiert zu werden, durch Umschalten des ersten Schalters (3) zu einem verbundenen Zustand derart, dass Energie zum Veranlassen der Zündkerze (2), die Funkenentladung zu erzeugen, die zum Zünden der brennbaren Luftmischung ausreicht, in der Primärspule akkumuliert wird, und den ersten Schalter (3) zu einem unterbrochenen Zustand umschaltet und den Strom abschaltet, wenn die Energie in der Primärspule akkumuliert worden ist, so dass eine Hochspannung in der Sekundärspule erzeugt wird und die Funkenentladung im Spalt der Zündkerze (2) durch die Hochspannung erzeugt wird, wobei die Entladungs-Stoppvorrichtung weiter einen zweiten Schalter (4) umfasst, der in einem Stromzirkulationspfad angeordnet ist, der beide Enden der Primärspule verbindet und der den Stromzirkulationspfad zwischen einem verbundenen Zustand und einem unterbrochenen Zustand umschaltet, wobei die Steuerung (7) beinhaltet: eine Re-Energetisierungs-Prozesseinheit, welche den ersten Schalter (3) zu einem verbundenen Zustand schaltet und die Primärspule während des Auftretens der Funkenentladung mit Strom neu energetisiert; und eine Zirkulationssteuer-Prozesseinheit, welche den zweiten Schalter (4) zu einem verbundenen Zustand schaltet und den Stromzirkulationspfad zu einem verbundenen Zustand während des Auftretens der Funkenentladung einstellt, und die Entladungs-Stoppvorrichtung die Funkenentladung während der Entladung unter Verwendung der Re-Energetisierungs-Steuerprozesseinheit und der Zirkulationssteuer-Prozesseinheit stoppt.
Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Re-Energetisierungs-Steuerprozesseinheit den ersten Schalter (3) zu einem unterbrochenen Zustand umschaltet und die Re-Energetisierung beendet, wenn der Zirkulationssteuerpfad zu einem verbundenen Zustand durch die Zirkulationssteuer-Prozesseinheit eingestellt wird.
Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Zirkulationssteuer-Prozesseinheit den zweiten Schalter (4) zu einem verbundenen Zustand umschaltet, wenn die Primärspule mit dem Strom durch die Re-Energetisierungs-Steuerprozesseinheit re-energetisiert wird.
Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Re-Energetisierungs-Steuerprozesseinheit eine Dauer der Re-Energetisierung gemäß einer Menge der akkumulierten Energie justiert, damit die Primärspule die Funkenentladung erzeugt.
Entladungs-Stoppvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Re-Energetisierungs-Steuerprozesseinheit eine Ladungsmenge in dem in der Primärspule fließenden Strom detektiert und den ersten Schalter (3) zu einem unterbrochenen Zustand umschaltet und die Re-Energetisierung beendet, wenn der Änderungsbetrag beim Strom gleich oder kleiner als ein voreingestellter Schwellenwert ist.