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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schätzung der Verschleißrate einer Zündkerzenelektrode.
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STAND DER TECHNIK
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Als eine Technik zum Schätzen einer Elektrodenverschleißrate bei der Funkenentladung einer Zündkerze offenbart die Japanische Patent-Auslegeschrift (kokai) Nr.
2014-17153 eine Technik zum Erzeugen einer Funkenentladung zwischen Elektroden in atmosphärischem Gas, Zerlegen von Licht, das durch die Funkenentladung ausgestrahlt wird, für jede Wellenlänge, Berechnen einer Emissionsintensität basierend auf dem Ergebnis eines aufgenommenen Bildes und Schätzen einer Elektrodenverschleißrate gemäß der vorab erhaltenen Korrelation zwischen Emissionsintensitäten und Elektrodenverschleißraten.
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Bei der vorstehend beschriebenen Technik wird eine Korrelation zwischen einer Emissionsintensität und einer Elektrodenverschleißrate jedoch in Argongas erhalten, sodass ein Emissionswellenlängenbereich einer Elektrode und ein Emissionswellenlängenbereich von atmosphärischem Gas einander nicht überschneiden. Dennoch unterliegt eine Elektrode in der Praxis einem Verschleiß in einem brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisch. Daher besteht ein Problem mit der Genauigkeit eines Schätzergebnisses basierend auf der Korrelation, die in einer anderen Art atmosphärischen Gases erhalten wird.
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Die vorliegende Erfindung dient dem Zweck, das vorgenannte Problem zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen einer Verschleißrate einer Zündkerzenelektrode bereitzustellen, die die Genauigkeit eines Schätzergebnisses verbessern können.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Um die Aufgabe zu lösen, umfasst ein Verfahren zum Schätzen, bzw. Abschätzen, einer Verschleißrate einer Zündkerzenelektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen ersten Verschleißraten-Schätzschritt des Schätzens einer Verschleißrate einer ersten Elektrode bei einer, wie beispielsweise einer einzelnen, Funkenentladung, basierend auf einer Temperatur der ersten Elektrode und einer Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule. Die erste Elektrode enthält eines von Ir, Ru, W und Ni als einen Hauptbestandteil.
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Außerdem umfasst ein Verfahren zum Schätzen, bzw. Abschätzen, einer Verschleißrate einer Zündkerzenelektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen zweiten Verschleißraten-Schätzschritt des Schätzens einer Verschleißrate einer zweiten Elektrode bei einer, wie beispielsweise einer einzelnen, Funkenentladung, basierend auf einer Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule. Die zweite Elektrode enthält Pt als einen Hauptbestandteil.
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Eine Vorrichtung zum Schätzen, bzw. Abschätzen, einer Verschleißrate einer Zündkerzenelektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Erhalteeinheit, die ausgestaltet ist, Informationen über eine Temperatur der ersten Elektrode, eine Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule zu erhalten; und eine Verschleißraten-Schätzeinheit, die ausgestaltet ist, eine Verschleißrate der ersten Elektrode bei einer, wie beispielsweise einer einzelnen, Funkenentladung basierend auf den Informationen zu schätzen.
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Außerdem umfasst eine Vorrichtung zum Schätzen, bzw. Abschätzen, einer Verschleißrate einer Zündkerzenelektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: eine Erhalteeinheit, die ausgestaltet ist, Informationen über eine Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule zu erhalten; und eine Verschleißraten-Schätzeinheit, die ausgestaltet ist, eine Verschleißrate der zweiten Elektrode bei einer, wie beispielsweise einer einzelnen, Funkenentladung basierend auf den Informationen zu schätzen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine einzelne Funkenentladung gemeint, wenn auf eine Funkenentladung Bezug genommen wird.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Bei dem Verfahren zum Schätzen einer Verschleißrate einer Zündkerzenelektrode gemäß einem ersten Aspekt wird eine Verschleißrate der ersten Elektrode bei einer Funkenentladung basierend auf einer Temperatur der Elektrode und einer Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule geschätzt. Bei der ersten Elektrode, die irgendeines von Ir, Ru, W und Ni als einen Hauptbestandteil enthält, wird der Elektrodenverschleiß durch eine Hochtemperaturoxidation beeinflusst. Eine Verschleißrate der ersten Elektrode wird daher basierend auf der Temperatur der ersten Elektrode und auf der Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule geschätzt, wodurch die Genauigkeit des Schätzergebnisses verbessert wird.
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Bei dem Verfahren zum Schätzen einer Verschleißrate einer Zündkerzenelektrode gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Verschleißrate einer zweiten Elektrode bei einer Funkenentladung basierend auf einer Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule geschätzt. Es ist weniger wahrscheinlich, dass die zweite Elektrode, die Pt als einen Hauptbestandteil enthält, einer Hochtemperaturoxidation unterworfen ist. Eine Verschleißrate der zweiten Elektrode wird daher basierend auf der Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule geschätzt, wodurch die Genauigkeit des Schätzergebnisses verbessert wird.
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Bei dem Verfahren zum Schätzen der Verschleißrate einer Zündkerze gemäß einem dritten Aspekt werden zwei Elektroden bereitgestellt und eine der beiden Elektroden ist die erste Elektrode und die andere der beiden Elektroden ist die zweite Elektrode, die Pt als einen Hauptbestandteil enthält. Eine Verschleißrate der zweiten Elektrode bei einer Funkenentladung wird basierend auf der Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule geschätzt. Daher kann jede der Elektrodenverschleißraten der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, die jeweils aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, zusätzlich zur erhaltenen Wirkung des ersten Aspekts genau geschätzt werden.
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Bei dem Verfahren zum Schätzen der Verschleißrate einer Elektrode einer Zündkerze gemäß einem vierten Aspekt wird ein Erhöhungsbetrag einer Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden basierend auf den Ergebnissen geschätzt, die erhalten wurden, nachdem die Verschleißraten der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode geschätzt wurden. Ein Erhöhungsbetrag einer Funkenstreckenlänge basierend auf dem Verschleiß der ersten Elektrode und ein Erhöhungsbetrag einer Funkenstreckenlänge basierend auf dem Verschleiß einer zweiten Elektrode können jeweils geschätzt werden. Daher kann ein Erhöhungsbetrag einer Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden zusätzlich zur Wirkung des erhaltenen dritten Aspekts genau geschätzt werden.
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Die Vorrichtung zum Schätzen der Elektrodenverschleißrate gemäß einem fünften Aspekt und die Vorrichtung zum Schätzen der Elektrodenverschleißrate gemäß einem sechsten Aspekt zeigen die gleichen Wirkungen, wie die Wirkungen des ersten Aspekts beziehungsweise des zweiten Aspekts.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden sowohl Ausführungsformen der Erfindung als auch Vorteile derselben mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Zündsystems.
- 2 zeigt eine Ansicht einer Wellenform eines Betriebs des Zündsytems.
- 3 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Schätzen einer Elektrodenverschleißrate gemäß einer Ausführungsform darstellt.
- 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Schätzvorgangs einer Funkenstreckenlänge.
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AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
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Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Zündsystems 10. Das Zündsystem 10 ist eine Vorrichtung zum Zünden eines brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Motor (nicht dargestellt) und umfasst hauptsächlich eine Zündspule 11, einen Leistungsschalter 16 und eine Zündkerze 20.
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Die Zündspule 11 beinhaltet eine Primärwicklung 13 und eine Sekundärwicklung 14, die um einen Kern 12 gewickelt sind. Eine Gleichstromversorgung 15 ist mit einer Leistungsempfangsseite der Primärwicklung 13 verbunden und eine Erdungsseite der Primärwicklung 13 ist über den Leistungsschalter 16 geerdet. Die Sekundärwicklung 14 ist mit einem Metallanschluss 21 der Zündkerze 20 verbunden. Das ESG (Elektronisches Steuergerät; Engl: ECU Engine Control Unit) 30 ist über eine Ausgangsschaltung (nicht dargestellt) oder dergleichen mit dem Leistungsschalter 16 verbunden. Das ESG 30 steuert eine Zeit, zu der die Zündspule 11 eine Spannung ein die Zündkerze 20 anlegt und steuert Emission und Leistung des Motors.
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Die Zündkerze 20 beinhaltet: eine Mittelelektrode 22, die elektrisch mit dem Metallanschluss 21 verbunden ist; einen Isolator 24 zum Halten des Metallanschlusses 21 und der Mittelelektrode 22; ein Metallgehäuse 25, das den Isolator 24 hält und geerdet ist; und eine Masseelektrode 26, die mit dem Metallgehäuse 25 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine erste Elektrode 23 (Spitze) an die Mittelelektrode 22 angefügt, die als einen Hauptbestandteil Ni enthält, und eine zweite Elektrode 27 (Spitze) ist an die Masseelektrode 26 angefügt, die als einen Hauptbestandteil Ni enthält. Zwischen der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 ist eine Zündstrecke 28 ausgebildet. Die erste Elektrode 23 enthält eines von Ir, Ru, W und Ni als einen Hauptbestandteil. Die zweite Elektrode 27 enthält Pt als einen Hauptbestandteil. Der Hauptbestandteil ist ein Bestandteil, der 50 Masseprozent oder mehr aller Bestandteile von jeder der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 einnimmt.
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Die Spitzen, die an die Mittelelektrode 22 und die Masseelektrode 26 angefügt sind, müssen nicht unbedingt bereitgestellt sein. Die Funkenstrecke 28 kann zwischen der Mittelelektrode 22 und der Masseelektrode 26 ausgebildet sein, ohne die Spitzen an ihnen anzufügen. In einem Fall, in dem keine Spitzen an ihnen angefügt sind, kann mindestens ein Abschnitt der Mittelelektrode 22 und/oder der Masseelektrode 26, an dem die Funkenentladung hervorgerufen wird, eines von Ir, Ru, W, Ni und Pt als einen Hauptbestandteil enthalten. In diesem Fall ist die erste Elektrode als ein Abschnitt ausgebildet, der eines von Ir, Ru, W und Ni als einen Hauptbestandteil enthält und die zweite Elektrode ist als ein Abschnitt ausgebildet, der Pt als einen Hauptbestandteil enthält.
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In dem Zündsystem 10 wird, wenn ein Zündschalter 17 durch einen Treiber auf „Ein“ gestellt wird und ein elektrischer Strom durch die Seite der Primärwicklung 13 in der Zündspule 11 fließt, der Kern 12 zur Speicherung magnetischer Energie magnetisiert und ein Magnetfeld um den Kern 12 erzeugt. Wenn der Primärstrom durch Schalten des Leistungsschalters 16 unterbrochen wird, wird eine Hochspannung (zum Beispiel 10 bis 30 kV) in der Sekundärwicklung 14 erzeugt, die sich einen Magnetkreis und Magnetfluss mit der Primärwicklung 13 teilt.
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2 veranschaulicht eine Wellenform eines Betriebs des Zündsystems 10. Wenn ein Zündsignal, das durch das ESG 30 erzeugt wird, auf „Ein“ gesetzt ist, wird der Leistungsschalter 16 leitfähig und elektrischer Strom fließt durch die Primärwicklung 13 und magnetische Energie wird gespeichert. Nach Ablauf einer Ladezeit T1, wenn das ESG 30 das Zündsignal auf „Aus“ setzt, wird in der Sekundärwicklung 14 eine Hochspannung erzeugt und ein Durchbruch der Zündkerze 20 tritt auf und zwischen der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 wird aufgrund der magnetischen Energie, die durch die Zündspule 11 während einer Zeit T2 emittiert wird (zum Beispiel 0,5 bis 2,5 ms) eine Funkenentladung erzeugt.
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Wie vorstehend beschrieben, liefert die Zündspule 11 die magnetische Energie gemäß einem Zündsignal von dem ESG 30 an die Zündkerze 20. Energie (Versorgungsenergie), die bei einer Funkenentladung von der Zündspule 11 an die Zündkerze 20 geliefert wird, wenn das ESG 30 das Zündsignal auf „Aus“ setzt, kann gemäß der Spannung und dem Strom (Sekundärspannung und Sekundärstrom) der Sekundärwicklung 14 für die Zeit T2 berechnet werden.
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3 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Schätzen einer Elektrodenverschleißrate darstellt. Das ESG 30 ist ein Gerät zur Steuerung eines Betriebszustands des Motors (nicht dargestellt) und ist an einem Kraftfahrzeug montiert. In der vorliegenden Ausführungsform stellt das ESG 30 die Funktionalität der Vorrichtung zum Schätzen der Elektrodenverschleißrate bereit. Das ESG 30 weist auf eine CPU 31, ein ROM 32, und ein RAM 38, die mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluss 41 verbunden sind. Verschiedene Vorrichtungen, wie der Leistungsschalter 16, sind mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluss 41 verbunden.
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Die CPU 31 ist eine Rechenoperationseinheit zum Steuern jeder Komponente. Das ROM 32 ist ein nicht wiederbeschreibbarer, nichtflüchtiger Speicher zum Speichern eines Steuerprogramms (zum Beispiel eines Programms für ein Ablaufdiagramm, das in 4 dargestellt ist), das durch die CPU 31 ausgeführt wird, verschiedener Schwellenwerte und dergleichen. Ein Funkenentladungsspannungskennfeld 33, ein Versorgungsenergiekennfeld 34, ein Elektrodentemperaturkennfeld 35, eine erste Berechnungsgleichung 36 und eine zweite Berechnungsgleichung 37 sind in dem ROM 32 gespeichert.
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In dem Funkenentladungsspannungskennfeld 33 sind Funkenentladungsspannungen gespeichert, die für die Funkenentladung der Zündkerze 20 erforderlich sind. Die Funkenentladungsspannung ist für jede Ausführung der Zündkerze 20 unterschiedlich. Die Funkenentladungsspannung wird gesenkt, wenn eine Drehzahl des Motors niedrig und die Last des Motors niedrig ist. Die Funkenentladungsspannung wird erhöht, wenn eine hohe Drehzahl des Motors und eine hohe Last des Motors vorliegen. Eine Funkenentladungsspannung wird für jeden der Typen der Zündkerze 20 und des Motors unter verschiedenen Bedingungen durch ein Experiment oder dergleichen gemessen. Die Funkenentladungsspannungen werden im Vorfeld in dem Funkenentladungsspannungskennfeld 33 gespeichert, um den Drehzahlen der Motoren und deren Lasten zugeordnet zu werden. Die Funkenentladungsspannung wird durch Messen einer Wellenform (siehe 2) eines Betriebs des Zündsystems 10 berechnet.
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In dem Versorgungsenergiekennfeld 34 ist Versorgungsenergie von der Zündspule 11 zu den Zündkerzen 20 gespeichert. Die Versorgungsenergie ist für jede Ausführung der Zündkerze 11 unterschiedlich. Wenn die Ladezeit T1 (siehe 2) verlängert wird, wird die Versorgungsenergie erhöht. Wenn die Ladezeit T1 verkürzt wird, wird die Versorgungsenergie verringert. Daher wird die Versorgungsenergie der Zündspule 11 für jeden der Typen der Zündkerze 11 und des Motors unter verschiedenen Bedingungen durch ein Experiment oder dergleichen gemessen. Die Versorgungsenergie wird im Vorfeld in dem Versorgungsenergiekennfeld 34 gespeichert, um den Drehzahlen der Motoren und deren Lasten zugeordnet zu werden. Die Versorgungsenergie wird durch Messen einer Wellenform (siehe 2) eines Betriebs des Zündsystems 10 erhalten.
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In dem Elektrodentemperaturkennfeld 35 sind Temperaturen (Elektrodentemperaturen) der ersten Elektrode 23 gespeichert. Die Elektrodentemperatur ist für jede Spezifikation der Zündkerze 20 unterschiedlich. Wenn eine Drehzahl des Motors niedrig ist und eine Last an dem Motor niedrig ist, wird die Elektrodentemperatur gesenkt. Wenn eine Drehzahl des Motors hoch ist und eine Last an dem Motor hoch ist, wird die Elektrodentemperatur erhöht. Eine Elektrodentemperatur wird unter verschiedenen Bedingungen für jeden der Typen der Zündkerze 20 und des Motors durch ein Experiment oder dergleichen gemessen. Die Elektrodentemperaturen werden im Vorfeld in dem Elektrodentemperaturkennfeld 35 gespeichert, um den Drehzahlen der Motoren und deren Lasten zugeordnet zu werden.
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Die Elektrodentemperatur kann durch ein Thermoelement, das in die Zündkerze 20 eingebettet ist, gemessen werden. Zum Beispiel ist in der Zündkerze 20 ein Loch ausgebildet, um die erste Elektrode 23 zu erreichen, und eine Temperaturmessstelle des Thermoelements kann in der ersten Elektrode 23 angeordnet sein. Außerdem ist in der Zündkerze 20 ein Loch ausgebildet, um einen Abschnitt nahe der ersten Elektrode 23 zu erreichen und die Temperaturmessstelle des Thermoelements kann an dem Spitzenende der Mittelelektrode 22 nahe der ersten Elektrode 23 angeordnet sein. Die Temperaturmessstelle des Thermoelements kann an einem Abschnitt der Mittelelektrode 22 angeordnet sein, an den die erste Elektrode 23 angefügt werden soll, ohne die erste Elektrode 23 bereitzustellen. Eine Elektrodentemperatur kann so erhalten werden, dass die Zündkerze 20 in dem Motor angeordnet ist, der ein Beobachtungsfenster aufweist, ein Bild der ersten Elektrode 23 durch das Beobachtungsfenster unter Verwendung einer Infrarotkamera aufgenommen wird und eine Temperaturverteilung gemessen wird, um die Elektrodentemperatur zu erhalten, anstatt eine Elektrodentemperatur unter Verwendung eines Thermoelements zu messen.
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Die erste Berechnungsgleichung 36 ist eine Berechnungsgleichung zum Berechnen einer Verschleißrate der ersten Elektrode 23 bei einer Funkenentladung, wie beispielsweise bei einer Einzelfunkenentladung. Die erste Berechnungsgleichung 36 ist eine Gleichung, die mindestens drei Parameter verwendet, die eine Temperatur (Elektrodentemperatur) der ersten Elektrode 23, Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 sind. Die erste Berechnungsgleichung 36 wird durch ein Experiment oder dergleichen für jedes Element (Ir, Ru, W, Ni, Pt), das ein Hauptbestandteil der ersten Elektrode 23 ist, vorgegeben. In der ersten Berechnungsgleichung 36 kann natürlich zusätzlich zu diesen drei Parametern ein weiterer Parameter eingestellt werden, durch den der Elektrodenverschleiß beeinflusst wird. Beispielsweise können eine elektrostatische Kapazität zwischen dem Metallanschluss 21 und der Metallhülle 25 der Zündkerze 20, eine Flussrate in einer Brennkammer des Motors und eine Sauerstoffkonzentration eines brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches als der andere Parameter betrachtet werden.
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Die zweite Berechnungsgleichung 37 ist eine Berechnungsgleichung zur Berechnung einer Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 bei einer Funkenentladung. Die zweite Berechnungsgleichung 37 ist eine Gleichung, die mindestens zwei Parameter verwendet, die eine Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 sind. Die zweite Berechnungsgleichung 37 wird durch ein Experiment oder dergleichen vorgegeben. In der zweiten Berechnungsgleichung 37 kann natürlich zusätzlich zu diesen zwei Parametern ein weiterer Parameter eingestellt werden, durch den der Elektrodenverschleiß beeinflusst wird. Beispielsweise können eine elektrostatische Kapazität zwischen dem Metallanschluss 21 und der Metallhülle 25 der Zündkerze 20, eine Flussrate in einer Brennkammer des Motors und eine Sauerstoffkonzentration eines brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches als der andere Parameter betrachtet werden. Ähnlich zur ersten Berechnungsgleichung 36 kann eine Temperatur der zweiten Elektrode 27 als einer der Parameter für die zweite Berechnungsgleichung 37 eingestellt werden.
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Das RAM 38 ist ein wiederbeschreibbarer Speicher zum Speichern verschiedener Daten. Eine erste Variable 39, zu der eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 bei einer Funkenentladung addiert wird und eine zweite Variable 40, zu der eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 bei einer Funkenentladung addiert wird, werden im RAM 38 eingestellt. Die erste Variable 39 und die zweite Variable 40 werden nicht zurückgesetzt und im RAM 38 gespeichert, bis die Zündkerze 20 gegen eine neue ausgetauscht wird.
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Ein Kurbelwinkelsensor 42 erfasst eine Drehzahl des Motors. Ein Drosselklappensensor 43 erfasst einen Drosselklappenwinkel einer Drosselklappe. Der Kurbelwinkelsensor 42 und der Drosselklappensensor 43 umfassen jeweils eine Ausgangsschaltung zum Ausgeben eines Erfassungsergebnisses an das ESG 30. Eine Last an dem Motor kann gemäß einem Drosselklappenwinkel der Drosselklappe, der durch den Drosselklappensensor 43 erfasst wird, geschätzt werden. Eine Warnleuchte 44 ist an einer Stelle angeordnet, an der die Warnleuchte 44 durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs gesehen werden kann.
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Beispiele für eine andere Eingabe-/Ausgabevorrichtung 45 umfassen einen Gaspedalbetätigung-Erfassungssensor zum Erfassen eines Betätigungsbetrags eines Gaspedals, einen Zylinderdrucksensor zum Erfassen eines Drucks in der Brennkammer des Motors, einen Wassertemperatursensor zum Erfassen einer Temperatur von Kühlwasser in dem Motor, einen Öltemperatursensor zum Erfassen einer Temperatur eines Motoröls, einen Luftmengensensor zum Erfassen einer einströmenden Luftmenge in den Motor, einen Sauerstoffsensor zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration des Abgases und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs. Das ESG 30 kann zum Beispiel eine Last an dem Motor, eine Luftmenge in der Brennkammer und eine Sauerstoffkonzentration (Atmosphäre) in der Brennkammer schätzen, indem die Erfassungsergebnisse von den Sensoren verwendet werden.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Schätzvorgang einer Funkenstreckenlänge darstellt. Der Schätzvorgang der Funkenstreckenlänge ist ein Vorgang zum Schätzen eines Erhöhungsbetrags der Funkenstrecke 28 zwischen der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27. Die CPU 31 führt wiederholt (zum Beispiel in Abständen von 0,2 Sekunden) den Schätzvorgang der Funkenstreckenlänge durch, während die Stromversorgung für das ESG 30 „eingeschaltet“ ist.
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Beim Schätzvorgang der Funkenstreckenlänge erhält die CPU 31 eine Drehzahl des Motors gemäß dem Erfassungsergebnis des Kurbelwinkelsensors 42 und erhält Informationen über eine Last an dem Motor gemäß dem Erfassungsergebnis von dem Drosselklappensensor 43 (S1). Anschließend erhält die CPU 31 eine Funkenentladungsspannung unter Verwendung des Funkenentladungsspannungskennfelds 33 basierend auf der Drehzahl des Motors und dessen Last (S2). Die CPU 31 erhält Versorgungsenergie von der Zündspule 11 zur Zündkerze 20 unter Verwendung des Versorgungsenergiekennfelds 34 basierend auf der Drehzahl des Motors und dessen Last (S3). Die CPU 31 erhält eine Temperatur der ersten Elektrode 23 unter Verwendung des Elektrodentemperaturkennfelds 35 basierend auf der Drehzahl des Motors und dessen Last (S4).
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Die CPU 31 setzt die Temperatur der ersten Elektrode 23, die Versorgungsenergie und die Funkenentladungsspannung in die erste Berechnungsgleichung 36 ein und berechnet eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 bei einer Funkenentladung (S5). Als nächstes schätzt die CPU 31 die Anzahl der Entladungen in einer Durchlaufzeit (vom Start über S1 bis S9 bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Vorgänge zu S1 zurückkehren), in der der Schätzvorgang der Funkenstreckenlänge einmal durchgeführt wird, basierend auf der Drehzahl des Motors, multipliziert die Verschleißrate der ersten Elektrode 23 bei einer Funkenentladung mit der Anzahl der Entladungen und schätzt eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 in der Durchlaufzeit, in der der Schätzvorgang der Funkenstreckenlänge einmal durchgeführt wird, und addiert die geschätzte Verschleißrate zur ersten Variablen 39 (S6).
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Auf ähnliche Weise setzt die CPU 31 die Versorgungsenergie und die Funkenentladungsspannung in die zweite Berechnungsgleichung 37 ein und berechnet eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 bei einer Funkenentladung (S7). Als nächstes multipliziert die CPU 31 eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 bei einer Funkenentladung mit der Anzahl der Entladungen, die aus der Drehzahl des Motors geschätzt werden, in der Durchlaufzeit, in der der Schätzvorgang der Funkenstreckenlänge einmal durchgeführt wird, schätzt eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 in der Durchlaufzeit, in der der Schätzvorgang der Funkenstreckenlänge einmal durchgeführt wird und addiert die geschätzte Verschleißrate zur zweiten Variablen 40 (S8).
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Als nächstes wandelt die CPU 31 jede der ersten Variablen 39 und der zweiten Variablen 40 in eine Funkenstreckenlänge um (S9). Im Vorgangsschritt von S9 werden Funkenstreckenlängen, die durch den Verschleiß der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 zunehmen, individuell unter Verwendung von Schätzergebnissen der Verschleißraten der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 geschätzt, da die Querschnittsflächen der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 bekannt sind.
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Die CPU 31 addiert einen Erhöhungsbetrag einer Funkenstreckenlänge basierend auf dem Verschleiß der ersten Elektrode 23 und einen Erhöhungsbetrag einer Funkenstreckenlänge basierend auf dem Verschleiß der zweiten Elektrode 27 zueinander (S10) und bestimmt, ob eine Summe der beiden Funkenstreckenlängen (Erhöhungsbeträge) größer als ein Schwellenwert (S11) ist oder nicht. Der Schwellenwert ist als eine Funkenstreckenlänge (Erhöhungsbetrag) eingestellt, bei der zum Beispiel die gewünschte Emission und Leistung des Motors nicht erreicht wird, der Motorstart durch die Zündkerze 20 schwierig ist oder bei laufendem Fahrzeug eine Fehlzündung wahrscheinlich ist.
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Wenn die Summe der beiden Funkenstreckenlängen infolge des Vorgangsschritts von S11 größer als der Schwellenwert ist (S11: Ja) schaltet die CPU 31 die Warnleuchte 44 ein, um das Austauschen der Zündkerze 20 voranzutreiben (S12). Somit kann verhindert werden, dass die gewünschte Emission und Leistung des Motors nicht erhalten wird, dass das Starten des Motors schwierig wird oder dass es bei laufendem Fahrzeug leicht zu Fehlzündungen kommt. Wenn die Zündkerze 20 gegen eine neue ausgetauscht wurde, werden die erste Variable 39 und die zweite Variable 40 zurückgesetzt. Wenn die Summe der beiden Funkenstreckenlängen kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist (S11: Nein), kehrt die CPU 31 zu S1 zurück.
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Beim Schätzvorgang der Funkenstreckenlänge wird eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 bei einer Funkenentladung unter Verwendung der ersten Berechnungsgleichung 36 basierend auf einer Temperatur der ersten Elektrode 23 und Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 geschätzt. Bei der ersten Elektrode 23, die eines von Ir, Ru, W und Ni als einen Hauptbestandteil enthält, wird der Elektrodenverschleiß durch eine Hochtemperaturoxidation beeinflusst. Daher kann durch Schätzen einer Verschleißrate basierend auf einer Temperatur der ersten Elektrode 23 und einer Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 die Genauigkeit für das Ergebnis des Schätzens einer Verschleißrate der ersten Elektrode 23 verbessert werden.
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Eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 bei einer Funkenentladung wird unter Verwendung der zweiten Berechnungsgleichung 37 basierend auf der Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 geschätzt. Es ist weniger wahrscheinlich, dass die zweite Elektrode 27, die als einen Hauptbestandteil Pt enthält, einer Hochtemperaturoxidation ausgesetzt wird. Daher wird eine Verschleißrate basierend auf einer Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 geschätzt, wodurch die Genauigkeit für das Ergebnis des Schätzens einer Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 verbessert werden kann. Außerdem wird unter Ausnutzung der Tatsache, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die zweite Elektrode 27, die als Hauptbestandteil Pt enthält, einer Hochtemperaturoxidation ausgesetzt wird, die Temperatur der zweiten Elektrode 27 von den Parametern für die zweite Berechnungsgleichung 37 entfernt, wodurch eine Rechenbelastung beispielsweise der CPU 31 unter Verwendung der zweiten Berechnungsgleichung 37 verringert werden kann.
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Eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 wird gemäß der ersten Berechnungsgleichung 36 berechnet. Eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 wird gemäß der zweiten Berechnungsgleichung 37 berechnet. Daher kann jede der Elektrodenverschleißraten der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27, die jeweils aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, genau geschätzt werden.
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Nachdem die Verschleißraten der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 individuell geschätzt sind, wird ein Erhöhungsbetrag der Funkenstrecke 28 zwischen der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 gemäß dem Ergebnis der Schätzung der Verschleißraten geschätzt. Da ein Erhöhungsbetrag einer Funkenstreckenlänge basierend auf einem Verschleiß der ersten Elektrode 23 und ein Erhöhungsbetrag einer Funkenstreckenlänge basierend auf einem Verschleiß der zweiten Elektrode 27 jeweils geschätzt werden können, kann ein Erhöhungsbetrag der Funkenstrecke 28 genau geschätzt werden, indem die Erhöhungsbeträge der Funkenstreckenlängen addiert werden.
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Im Ablaufdiagramm des Schätzvorgangs der Funkenstreckenlänge, das in 4 dargestellt ist, entsprechen die Vorgangsschritte S1, S2, S3 und S4 einer ersten Erhalteeinheit, die in den Ansprüchen genannt ist und die Vorgangsschritte S1, S2 und S3 entsprechen einer zweiten Erhalteeinheit, die in den Ansprüchen genannt ist. Der Vorgangsschritt S5 entspricht einer ersten Verschleißraten-Schätzeinheit, die in den Ansprüchen genannt ist und der Vorgangsschritt S7 entspricht einer zweiten Verschleißraten-Schätzeinheit. Wenn die erste Berechnungsgleichung 36 einen Parameter nutzt, der von den drei Parametern Temperatur der ersten Elektrode 23, Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 abweicht, oder, wenn die zweite Berechnungsgleichung 37 einen Parameter nutzt, der von den zwei Parametern Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 abweicht, erhält das ESG 30 von verschiedenen Eingabevorrichtungen Informationen über die Parameter, die für die Berechnungen erforderlich sind.
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Wie vorstehend beschrieben, ist die vorliegende Erfindung, obwohl sie anhand der Ausführungsformen beschrieben wurde, nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist leicht nachvollziehbar, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden Informationen über eine Temperatur der ersten Elektrode 23 und Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 gemäß den Erfassungsergebnissen von dem Kurbelwinkelsensor 42 und dem Drosselklappensensor 43 erhalten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Informationen über eine Temperatur der ersten Elektrode 23 und Funkenentladungsspannung und Versorgungsenergie von der Zündspule 11 können natürlich durch Verwenden eines Sensors erhalten werden, der ein anderer als der Kurbelwinkelsensor 42 und der Drosselklappensensor 43 ist. Beispiele des anderen Sensors umfassen einen Gaspedalbetätigung-Erfassungssensor zum Erfassen eines Betätigungsbetrags eines Gaspedals und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor.
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In der vorliegenden Ausführungsform weist das ESG 30, das an einem Fahrzeug montiert ist, eine Funktion der Schätzvorrichtung der Elektrodenverschleißrate auf und schätzt Verschleißraten der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 der Zündkerze 20, die am Motor montiert ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Selbstverständlich können die Verschleißraten der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 nach dem Verfahren geschätzt werden, das in den Ausführungsformen beschrieben ist, wenn die Zündkerze 20 entworfen wird, und die erforderlichen Größen der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 können geschätzt werden.
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In diesem Fall wird zunächst eine Fahrstrecke eines Fahrzeugs, die durch die Zündkerze 20 zu gewährleisten ist, eingestellt, und es wird geschätzt, wie das Fahrzeug auf der Fahrstrecke verwendet wird. Zu dieser Zeit wird die Anzahl der Stunden jedes Betriebszustands des Motors in der Gesamtheit einer Betriebszeit der Fahrstrecke entsprechend genau geschätzt. Die Anzahl der Stunden kann mit verbesserter Genauigkeit geschätzt werden, indem eine Art des Fahrzeugs angegeben wird und eine empirische Regel oder dergleichen verwendet wird. Als nächstes wird die Häufigkeit der Entladung der Zündkerze 20 während einer Zeit für jeden Betriebszustand des Motors geschätzt, und ferner werden die Temperatur der ersten Elektrode 23 sowie die Funkenentladungsspannung und die Versorgungsenergie von der Zündspule 11 in jedem Betriebszustand geschätzt.
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Als nächstes werden die Temperatur der ersten Elektrode 23 und die Funkenentladungsspannung und die Versorgungsenergie von der Zündspule 11 in die erste Berechnungsgleichung 36 eingesetzt und eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 bei einer Funkenentladung geschätzt und die geschätzte Verschleißrate mit der Anzahl von Entladungen multipliziert, wodurch eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 in der Zeit für jeden Betriebszustand geschätzt wird. Eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 auf der Fahrstrecke des Fahrzeugs, die durch die Zündkerze 20 zu gewährleisten ist, wird gemäß der Summe der Verschleißraten geschätzt.
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Ebenso werden die Funkenentladungsspannung und die Versorgungsenergie von der Zündspule 11 in die zweite Berechnungsgleichung 37 eingesetzt und eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 bei einer Funkenentladung geschätzt und die geschätzte Verschleißrate mit der Anzahl von Entladungen multipliziert, wodurch eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 in einer Zeit für jeden Betriebszustand geschätzt wird. Eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 auf der Fahrstrecke des Fahrzeugs, die durch die Zündkerze 20 zu gewährleisten ist, wird gemäß der Summe der Verschleißraten geschätzt.
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Wenn die Zündkerze 20 unter Verwendung der Verschleißraten der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27, die so geschätzt wurden, entworfen wird, können die erforderlichen Größen der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 geschätzt werden, indem die Verschleißraten jeweils mit einem Sicherheitsfaktor multipliziert werden. So ist es nicht notwendig, dass die Zündkerze 20, die die Fahrstrecke eines Fahrzeugs gewährleistet, die erste Elektrode 23 und die zweite Elektrode 27, die übermäßig groß sind, aufweisen muss. Dementsprechend kann bei gesicherter Qualität der Zündkerze 20 das Material der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 reduziert werden, was zur Ressourceneinsparung beiträgt.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Elektrode 23, die eines von Ir, Ru, W oder Ni als einen Hauptbestandteil enthält, auf der Seite der Mittelelektrode 22 der Zündkerze 20 angeordnet, und die zweite Elektrode 27, die Pt als einen Hauptbestandteil enthält, ist auf der Seite der Masseelektrode 26 der Zündkerze angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Die zweite Elektrode 27, die Pt als einen Hauptbestandteil enthält, kann selbstverständlich auf der Seite der Mittelelektrode 22 der Zündkerze 20 angeordnet sein, und die erste Elektrode 23, die eines von Ir, Ru, W und Ni als einen Hauptbestandteil enthält, kann auf der Seite der Masseelektrode 26 der Zündkerze angeordnet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind in einer Zündkerze 20 sowohl die erste Elektrode 23, die eines von Ir, Ru, W oder Ni als einen Hauptbestandteil enthält, und die zweite Elektrode 27, die Pt als einen Hauptbestandteil enthält, angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Auch wenn eine beliebige der ersten Elektrode 23 und der zweiten Elektrode 27 in der Zündkerze 20 angeordnet ist, kann, wie in den Ausführungsformen beschrieben, der gleiche Effekt erzielt werden, da eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 und eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 individuell geschätzt werden kann.
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In der vorliegenden Ausführungsform schätzt das ESG 30 sowohl eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 als auch eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Natürlich kann auch nur eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 oder nur eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 geschätzt werden. Natürlich kann, auch wenn die Zündkerze 20 entworfen wird, nur eine Verschleißrate der ersten Elektrode 23 oder nur eine Verschleißrate der zweiten Elektrode 27 geschätzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Zündspule
- 20
- Zündkerze
- 23
- erste Elektrode (Elektrode)
- 27
- zweite Elektrode (Elektrode)
- 28
- Funkenstrecke
- 30
- ESG (Schätzvorrichtung der Elektrodenverschleißrate)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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