DE112013006486T5

DE112013006486T5 - Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE112013006486T5
Application number: DE112013006486.3T
Authority: DE
Inventors: Koshiro Kimura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2015-10-29
Also published as: WO2014115269A1; CN104937260A; JPWO2014115269A1; JP5924425B2; US20160010616A1

Abstract

Eine Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Erfindung umfasst eine Zündkerze (34) zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder und ist derart ausgestaltet, dass sie eine Entladungsspannung und einen Entladungsstrom der Zündkerze (34) messen kann. Die Zündungssteuerungsvorrichtung bestimmt eine Strömungsgeschwindigkeit eines im Zylinder befindlichen Gases basierend auf einem Entladungsenergie-Integralwert, der durch Integrieren eines Produkts der Entladungsspannung und des Entladungsstroms über eine vorgegebene Zeitspanne erhalten wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine.
Stand der Technik
Eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zündkerze (einen Ottomotor) wurde beispielsweise in Patentliteratur 1 offenbart. Die Steuerungsvorrichtung aus dem Stand der Technik ist konfiguriert, um einen Sekundärstrom (einen Entladungsstrom), der zu einer Zündkerze fließt, oder eine Sekundärspannung (eine Entladungsspannung), die an die Zündkerze angelegt wird, zu erfassen, und um basierend auf dem erfassten Sekundärstrom oder der Sekundärspannung zu bestimmen, ob eine Gasströmungsgeschwindigkeit in einem Zylinder gleich oder größer als eine Bestimmungsströmungsgeschwindigkeit ist.
Genauer gesagt bestimmt die vorstehend angesprochene Steuerungsvorrichtung aus dem Stand der Technik, dass die Gasströmungsgeschwindigkeit gleich oder größer als die vorstehend genannte Bestimmungsströmungsgeschwindigkeit ist, wenn eine Entladungserhaltungsspannung, die eine Sekundärspannung nach dem Erreichen einer dielektrischen Durchschlagspannung ist, gleich oder größer als eine Bestimmungsspannung ist, oder wenn eine Sekundärspannung nach dem Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne nach deren Erzeugung gleich oder größer als eine Bestimmungsspannung ist. Zudem wird, wenn ein Sekundärstrom nach dem Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne nach dessen Erzeugung kleiner oder gleich einem Bestimmungsstrom ist, bestimmt, dass die Gasströmungsgeschwindigkeit gleich oder größer als die vorstehend genannte Bestimmungsströmungsgeschwindigkeit ist.
Abhängig vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine kann ein Phänomen (eine Entladungsunterbrechung) auftreten, bei dem der Entladungsfunke einer Zündkerze als Ergebnis der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit (der Gasströmungsgeschwindigkeit) des Gases (des Luft-Kraftstoff-Gemisches), das in dem Zylinder strömt, unterbrochen wird. Wenn eine Entladungsunterbrechung auftritt, verändern sich die Sekundärspannung und der Sekundärstrom plötzlich. Daher bestehen bezüglich des in der Patentliteratur 1 beschriebenen Verfahrens Bedenken, dass die Genauigkeit der Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des in einem Zylinder befindlichen Gases sinkt, wenn eine Entladungsunterbrechung auftritt.
Die Anmelder hatten Kenntnis über die nachstehende Literatur, die sich mit dem Gebiet der vorliegenden Erfindung befasst und die vorstehend genannte Patentliteratur umfasst.
Druckschriften aus dem Stand der Technik
Patentliteratur:

Patentliteratur 1: japanische Offenlegungsschrift JP 2009-013850 A
Patentliteratur 2: japanisches Gebrauchsmuster JP 63-168282 U

Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die eine Abnahme bzw. Verschlechterung der Bestimmungsgenauigkeit einer Strömungsgeschwindigkeit eines in einem Zylinder befindlichen Gases vermeiden kann, selbst wenn eine Entladungsunterbrechung auftritt.
Die vorliegende Erfindung ist eine Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Zündkerze, einer Entladungsspannung-Messeinrichtung, einer Entladungsstrom-Messeinrichtung und einer Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung.
Die Zündkerze ist konfiguriert, um ein in einem Zylinder befindliches Gas zu zünden. Die Entladungsspannung-Messeinrichtung misst eine Entladungsspannung der Zündkerze. Die Entladungsstrom-Messeinrichtung misst einen Entladungsstrom der Zündkerze. Die Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung bestimmt eine Strömungsgeschwindigkeit eines im Zylinder befindlichen Gases basierend auf einem Entladungsenergie-Integral- bzw. -Integrationswert, der durch Integrieren eines Produkts der Entladungsspannung und des Entladungsstroms über eine vorgegebene Zeitspanne erhalten wird.
Die Größe einer zeitlich gemittelten Strömungsgeschwindigkeit eines im Zylinder befindlichen Gases in einer vorgegebenen Zeitspanne während einer Entladungszeitspanne wird als die Größe eines Entladungsenergie-Integralwerts zu einem Zeitpunkt, bei welchem die vorgegebene Zeitspanne verstreicht, einschließlich eines Falles, bei dem eine Entladungsunterbrechung auftritt, ausgedrückt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, durch Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit basierend auf dem Entladungsenergie-Integralwert, möglich, eine Abnahme bzw. Verschlechterung der Bestimmungsgenauigkeit einer Strömungsgeschwindigkeit des in dem Zylinder befindlichen Gases zu vermeiden, selbst wenn eine Entladungsunterbrechung auftritt.
Die Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung der vorliegenden Erfindung kann bei einem Fall, bei dem der Entladungsenergie-Integralwert groß ist, bestimmen, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Entladungsenergie-Integralwert niedrig ist, hoch ist.
Hierdurch kann die Größe der Strömungsgeschwindigkeit des in dem Zylinder befindlichen Gases basierend darauf bestimmt werden, ob der Entladungsenergie-Integralwert groß oder niedrig ist.
Ferner kann die Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung der vorliegenden Erfindung bei einem Fall, bei dem der Entladungsenergie-Integralwert gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, bestimmen, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases gleich oder größer als ein Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert ist.
Hierdurch kann die Größe der Strömungsgeschwindigkeit des in dem Zylinder befindlichen Gases im Vergleich mit dem Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert basierend darauf bestimmt werden, ob der Entladungsenergie-Integralwert groß oder niedrig ist.
Die vorliegende Erfindung kann ferner eine Zusatzenergie-Zufuhreinrichtung aufweisen, die bei einem Fall, bei dem die durch die Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung bestimmte Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases kleiner als der Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert ist, eine zusätzliche Zündungsenergie zuführt.
Hierdurch ist es, in einem Zyklus, bei dem die bestimmte Strömungsgeschwindigkeit des in dem Zylinder befindlichen Gases niedrig ist, möglich, durch die Zufuhr zusätzlicher Zündungsenergie eine Verschlechterung der Verbrennung in diesem Zyklus zu vermeiden und das Auftreten von Verbrennungsschwankungen zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung kann ferner eine Entladungsunterbrechungszeitpunkt-Erfassungseinrichtung aufweisen, zum Bestimmen, ob ein Zeitdifferentialwert der Entladungsspannung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt oder nicht, und zum Erfassen eines Entladungsunterbrechungszeitpunkts, bei dem eine Entladungsunterbrechung an der Zündkerze auftritt, basierend auf einer Zeit, bei welcher der Zeitdifferentialwert den Schwellenwert übersteigt.
Hierdurch kann ein Entladungsunterbrechungszeitpunkt, der einen Zeitpunkt darstellt, der entsprechend dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine variiert, erfasst werden.
Die vorliegende Erfindung kann auch eine zweite Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung aufweisen, zum Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases basierend auf einer Größe der Entladungsspannung, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases bei einem Fall, bei dem der Entladungsunterbrechungszeitpunkt früher als ein vorgegebener Zeitpunkt ist, unter Verwendung der Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung bestimmt wird, und die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases bei einem Fall, bei dem der Entladungsunterbrechungszeitpunkt identisch zu oder später als der vorgegebene Zeitpunkt ist, unter Verwendung der zweiten Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung bestimmt wird.
Im Vergleich zu der Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung, die den Entladungsenergie-Integralwert nutzt, kann die zweite Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung, die die Größe der Entladungsspannung nutzt, schnell eine Strömungsgeschwindigkeitsbestimmung durchführen, da die Berechnungslast für die Strömungsgeschwindigkeitsbestimmung geringer ist. Dementsprechend wird, bei einem Fall, bei dem es möglich ist, die Strömungsgeschwindigkeitsbestimmung basierend auf der Größe der Entladungsspannung durchzuführen, ohne durch eine Entladungsunterbrechung beeinflusst zu werden, dieses Bestimmungsverfahren verwendet. Dies macht es möglich, die Verzögerungszeitspanne von einem Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungszeitpunkt bis zur Zufuhr zusätzlicher Zündungsenergie in einem Zyklus, bei welchem die Zufuhr zusätzlicher Zündungsenergie notwendig ist, da die Strömungsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Zündung niedrig ist, zu verkürzen. Hierdurch ist es möglich, eine Verschlechterung der Verbrennung in diesem Zyklus noch zuverlässiger zu unterdrücken.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine schematische Ansicht zur Beschreibung des Systemaufbaus einer Verbrennungskraftmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer in 1 gezeigten Zündvorrichtung;
3 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel von Zeitverlaufsgraphen einer Entladungsspannung zeigt, wenn eine Entladungsunterbrechung auftritt;
4 zeigt eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel von Zeitverlaufsgraphen eines Entladungsenergie-Integralwerts zeigt, der zur Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit eines in einem Zylinder befindlichen Gases gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
5 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der Zündungssteuerung in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt ein Flussschaubild einer Routine, die in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um die Strömungsgeschwindigkeit des in dem Zylinder befindlichen Gases zu bestimmen und die Zündungssteuerung umzusetzen;
7 zeigt eine Mehrfachansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zum Erfassen eines Entladungsunterbrechungszeitpunkts gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt ein Flussschaubild einer Routine, die in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um den Entladungsunterbrechungszeitpunkt zu erfassen; und
9 zeigt ein Flussschaubild einer Routine, die in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um das Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungsverfahren entsprechend dem Entladungsunterbrechungszeitpunkt umzuschalten.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsform 1
[Beschreibung des Systemaufbaus]
(Aufbau der Verbrennungskraftmaschine)
1 ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung des Systemaufbaus einer Verbrennungskraftmaschine 10 von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Ein System der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit Zündkerze (in diesem Fall wird angenommen, dass die Maschine beispielsweise ein Benzin- bzw. Ottomotor ist). Eine Ansaugleitung 12 und eine Abgasleitung 14 sind mit jedem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 10 verbunden.
Ein Luftfilter 16 ist in der Nähe eines Einlasses der Ansaugleitung 12 angeordnet. Ein Luftmengenmesser 18, der ein Signal entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit von Luft, die in die Ansaugleitung 12 gesaugt wird, ausgibt, ist in der Nähe des Luftfilters 16 stromab desselben angeordnet. Ein Kompressor 20a eines Turboladers 20 ist stromab des Luftmengenmessers 18 angeordnet.
Der Kompressor 20a ist integral durch eine Verbindungswelle mit einer Turbine 20b verbunden, die in der Abgasleitung 14 angeordnet ist. Ein Zwischenkühler 22, der verdichtete Luft kühlt, ist an einer stromabwärtigen Seite des Kompressors 20a angeordnet. Eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe 24 ist stromab des Zwischenkühlers 22 angeordnet.
Jeder Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 10 hat ein Kraftstoffeinspritzventil 26 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder. Die Verbrennungskraftmaschine 10 hat auch eine Zündungsvorrichtung bzw. Zündvorrichtung 28, die eine erste Zündkerze 34 und eine zweite Zündkerze 36 (siehe 2) umfasst, um ein in dem Zylinder befindliches Gas (Luft-Kraftstoff-Gemisch) in jedem Zylinder zu zünden. Ein Beispiel des spezifischen Ausbaus der Zündvorrichtung 28 wird nachfolgend Bezug nehmend auf 2 beschrieben.
Das in 1 gezeigte System umfasst weiter eine ECU (elektronische Steuereinheit) 30. Zusätzlich zum vorstehend genannten Luftmengenmesser 18 sind verschiedene Sensoren zum Erfassen des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine 10, beispielsweise ein Kurbelwinkelsensor 32 zum Erfassen einer Maschinendrehzahl, mit einem Eingabeabschnitt der ECU 30 verbunden. Verschiedene Aktuatoren zum Steuern des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10, beispielsweise die vorstehend genannte Drosselklappe 24, das Kraftstoffeinspritzventil 26 und die Zündvorrichtung 28, sind mit einem Ausgabeabschnitt der ECU 30 verbunden. Die ECU 30 führt eine vorgegebene Maschinensteuerung, beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzsteuerung und eine Zündungssteuerung, durch Ansteuern der verschiedenen Aktuatoren entsprechend der Ausgabe der verschiedenen Sensoren, die vorstehend beschrieben wurden, und vorgegebenen Programmen aus.
(Aufbau der Zündvorrichtung)
2 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau der Zündvorrichtung 28 aus 1 darstellt.
Die Zündvorrichtung 28 umfasst zwei Zündkerzen, nämlich die erste Zündkerze 34 und die zweite Zündkerze 36, für jeden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 10. Die erste Zündkerze 34 ist an einem Mittelabschnitt einer oberen Wand bzw. Decke einer Brennkammer angeordnet. Die zweite Zündkerze 36 ist an einem Randabschnitt der Decke angeordnet. Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 wird die erste Zündkerze 34 als Hauptzündkerze verwendet, und die zweite Zündkerze 36 wird bei Bedarf hilfsweise verwendet.
Wie in 2 gezeigt ist, hat die Zündvorrichtung 28 bezüglich der ersten Zündkerze 34 eine erste Zündspule 38, einen ersten Kondensator 40, eine erste Energieerzeugungsvorrichtung 42 und einen ersten Transistor 44. Ähnlich hat die Zündvorrichtung 28 bezüglich der zweiten Zündkerze 36 eine zweite Zündspule 46, einen zweiten Kondensator 48, eine zweite Energieerzeugungsvorrichtung 50 und einen zweiten Transistor 52.
Die erste Zündkerze 34 hat eine Mittelelektrode 34a sowie eine Masseelektrode 34b, die derart angeordnet sind, dass sie vom Mittelabschnitt der Decke in den Zylinder ragen. Die erste Zündspule 38 hat eine Primärspule 38a und eine Sekundärspule 38c. Die Sekundärspule 38c teilt einen Eisenkern 38b mit der Primärspule 38a. Die Mittelelektrode 34a ist mit einem Ende der Sekundärspule 38c verbunden. Die Masseelektrode 34b ist an einem Zylinderkopf geerdet. Das andere Ende der Sekundärspule 38c ist mit der ECU 30 verbunden.
Der erste Kondensator 40 dient zum Speichern elektrischer Energie eines Primärstroms, der durch die Primärspule 38a fließt. Ein Ende des ersten Kondensators 40 ist mit einem Ende der Primärspule 38a und der ersten Energieerzeugungsvorrichtung 42 verbunden, und das andere Ende desselben ist geerdet.
Die erste Energieerzeugungsvorrichtung 42 umfasst eine Stromquelle und liefert entsprechend einem Befehl der ECU 30 elektrische Energie an den ersten Kondensator 40. Hierdurch ist es möglich, eine vorgegebene elektrische Ladung im ersten Kondensator 40 zu speichern (in diesen zu laden).
Ein Kollektor des ersten Transistors 44 ist mit dem anderen Ende der Primärspule 38a verbunden, eine Basis desselben ist mit der ECU 30 verbunden, und ein Emitter desselben ist geerdet. Im ersten Transistor 44 nimmt der Abschnitt zwischen dem Kollektor und dem Emitter einen Kurzschlusszustand („AN-Zustand”) ein, wenn ein Signalstrom entsprechend der Steuerung der ECU 30 von der Basis zum Emitter fließt. Hierdurch ist es möglich, der Primärspule 38a einen Primärstrom zuzuführen. Durch Steuern des ersten Transistors 44 kann die ECU 30 somit das Zuführen und Unterbrechen eines Primärstroms, der zur Primärspule 38a fließt, steuern.
Wenn der Primärstrom zur Primärspule 38a unterbrochen ist, wird durch eine wechselseitige Induktion eine hohe Sekundärspannung in der Sekundärspule 38c erzeugt. Die erzeugte Sekundärspannung wird an die erste Zündkerze 34 angelegt. Wenn die von der zweiten Sekundärspule 38c angelegte Sekundärspannung einen Wert (eine benötigte Spannung) erreicht, die für einen dielektrischen Durchschlag zwischen der Mittelektrode 34a und der Masseelektrode 34b notwendig ist, fließt ein Strom zwischen den Elektroden 34a und 34b (das bedeutet, eine elektrische Entladung tritt auf) und ein Funke (elektrischer Funke) wird in einem Spalt zwischen den Elektroden 34a und 34b (ein sogenannter „Zündspalt”) erzeugt.
Die Teile des spezifischen Aufbaus (das bedeutet, die zweite Zündspule 46, der zweite Kondensator 48, die zweite Energieerzeugungsvorrichtung 50 und der zweite Transistor 52) zum Anlegen einer Sekundärspannung zwischen der Mittelelektrode 36a und der Masseelektrode 36b der zweiten Zündkerze 36 sind die gleichen wie die vorstehend beschriebenen Bestandteile des Aufbaus der ersten Zündkerze 34, so dass auf eine detaillierte Beschreibung derselben hier verzichtet wird.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Zündvorrichtung 28 können ein Zündzeitpunkt und eine Entladungsdauer der Zündkerzen 34 und 36 durch die ECU 30 gesteuert werden, welche die Energieerzeugungsvorrichtungen 42 und 50 sowie die Transistoren 44 und 52 steuert. Darüber hinaus ist die ECU 30 konfiguriert, dass sie die Sekundärspannung (Entladungsspannung) der Sekundärspule 38c, die an die erste Zündkerze 34 angelegt wird, unter Verwendung einer Spannungssonde, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, messen kann (das gleiche gilt ebenso bezüglich der Seite der zweiten Zündkerze 36). Zudem ist die ECU 30 konfiguriert, dass sie einen Sekundärstrom (Entladungsstrom) der Sekundärspule 38c, der zur ersten Zündkerze 34 fließt, unter Verwendung einer Stromsonde, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, messen kann (das gleiche gilt ebenso bezüglich der Seite der zweiten Zündkerze 36).
[Problem, das auftritt, wenn die Entladungsspannung der Zündkerze zum Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases verwendet wird]
Wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit von Gas (Luft-Kraftstoff-Gemisch) in der Nähe der Elektroden 34a und 34b der ersten Zündkerze 34 verändert, verändert sich die Weg- bzw. Pfadlänge einer Funkenentladung. Genauer gesagt wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases ansteigt, der Funken durch die Strömung getragen und der Entladungspfad verlängert sich. Wenn sich der Entladungspfad verlängert, steigt der elektrische Widerstand zwischen der Mittelelektrode 34a und der Masseelektrode 34b. Als Ergebnis steigt die Sekundärspannung, die zum Aufrechterhalten der Entladung benötigt wird, mit dem Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Gases, das im Zylinder strömt, an. Es ist somit möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, das in der Nähe der ersten Zündkerze 34 strömt, basierend auf der Entladungsspannung (Sekundärspannung), die an die erste Zündkerze 34 angelegt wird, zu ermitteln.
3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel von Zeitverlaufsgraphen einer Entladungsspannung zeigt, wenn eine Entladungsunterbrechung auftritt.
Ein Zeitpunkt t0 in 3 entspricht einem Zeitpunkt, bei welchem eine Sekundärspannung an die erste Zündkerze 34 einhergehend mit der Unterbrechung des Primärstroms, der durch die Primärspule 38a der ersten Zündspule 38 fließt, durch die Steuerung des ersten Transistors 44, die durch die ECU 30 ausgeführt wird, angelegt wird. Ein nachfolgender Zeitpunkt t1 entspricht einem Zeitpunkt, bei welchem die an die erste Zündkerze 34 angelegte Sekundärspannung eine Spannung (benötigte Spannung) erreicht, die für einen dielektrischen Durchschlag nötig ist. Zum Zeitpunkt t1 entsteht ein Funke zwischen den Elektroden 34a und 34b und das Entladen wird gestartet.
Die Entladung ist in zwei Formen unterteilt. Die Initialentladung wird durch das Freigeben elektrischer Energie, die im ersten Kondensator 40 gespeichert war (eine sogenannte „kapazitive Entladung”) verursacht. Die Dauer der kapazitiven Entladung entspricht einer tatsächlich extrem kurzen Zeitspanne vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2. Die Entladung nach dem Ende der kapazitiven Entladung (das bedeutet, nach dem Zeitpunkt t2) wird durch das Freigeben elektromagnetischer Energie, die in der Sekundärspule 38c gespeichert war (eine sogenannte „induktive Entladung”) verursacht. Es sei angemerkt, dass, wie in 3 gezeigt, da der Entladungsspannungsgraph einen auffallenden Knick bzw. Wendepunkt zu dem Zeitpunkt hat, bei welchem die induktive Entladung startet (Zeitpunkt t2), der Zeitpunkt, bei welchem die induktive Entladung startet durch Bestimmung eines derartigen Wendepunkts ermittelt werden kann.
Eine „Zeitspanne A” aus 3 entspricht einer Zeitspanne, in welcher die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases die Zündung des im Zylinder befindlichen Gases beeinflusst. Diese Zeitspanne A ist eine vorgegebene Entladungszeitspanne ab dem Zeitpunkt, bei dem die Entladung startet, und variiert entsprechend den Betriebsbedingungen und Spezifikationen des Zündsystems. Ein durch eine durchgezogene Linie in 3 dargestellter Kurvenverlauf bzw. Graph zeigt eine Zeitkurve bzw. einen Zeitverlauf einer Entladungsspannung in einem Zyklus, in welchem ein zeitlich gemittelter Wert der Strömungsgeschwindigkeit (nachfolgend auch als „zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit” bezeichnet) des im Zylinder befindlichen Gases während der vorstehend genannten vorgegebenen Zeitspanne (z. B. der Zeitspanne A) groß ist (das bedeutet, einen Zyklus, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit während der vorgegebenen Zeitspanne kontinuierlich hoch ist). Dagegen zeigt ein durch eine gestrichelte Linie in 3 gezeigter Kurvenverlauf eine Zeitkurve bzw. einen Zeitverlauf einer Entladungsspannung in einem Zyklus, in welchem die zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases während der vorstehend genannten vorgegebenen Zeitspannung niedrig ist (das bedeutet, einen Zyklus, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit zu Beginn der vorgegebenen Zeitspanne hoch ist aber während der vorgegebenen Zeitspanne allmählich abnimmt).
Abhängig vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 kann ein Phänomen (eine Entladungsunterbrechung) auftreten, bei dem die Funkenentladung der Zündkerze 34 als Ergebnis der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit (Gasströmungsgeschwindigkeit) des Gases, das im Zylinder strömt, unterbrochen wird. Insbesondere steigt zu einem Zeitpunkt eines Magerverbrennungsbetriebs der elektrische Widerstand im Entladungspfad an, da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis hoch ist, so dass eine Entladungsunterbrechung wahrscheinlicher auftritt.
Wenn eine Entladungsunterbrechung auftritt, verändert sich plötzlich die Entladungsspannung, wie in 3 gezeigt ist. Genauer gesagt tritt, unmittelbar vor dem Auftreten der Entladungsunterbrechung, ein scharfer Anstieg der Spannung auf, da der elektrische Widerstand im Entladungspfad zunimmt. Dann tritt ein scharfer Abfall der Spannung aufgrund einer erneuten Entladung, die dann ausgeführt wird, auf. Dementsprechend ist es, zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Entladungsunterbrechung auftritt, und von diesem Zeitpunkt an, schwierig, die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases basierend auf der Größe der Entladungsspannung genau zu bestimmen. Beispielsweise nimmt, unmittelbar nach dem Auftreten einer Entladungsunterbrechung, obgleich die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases immer noch hoch sein sollte, wenn eine Strömungsgeschwindigkeitsbestimmung basierend auf der Größe der Entladungsspannung durchgeführt wird, die rasch abgefallen ist, die Genauigkeit der Bestimmung ab.
Wenn die Maschine ferner bei einer hohen Maschinendrehzahl arbeitet, ist das Auftreten einer Entladungsunterbrechung zu einem frühen Zeitpunkt nach dem Start der Entladung wahrscheinlich, da die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Zündung hoch sein wird. In einem Fall, bei dem versucht wird, die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases basierend auf der Größe der Entladungsspannung zu bestimmen ist es daher, wenn die Maschine bei hoher Maschinendrehzahl arbeitet, notwendig, die Strömungsgeschwindigkeit zu einer frühen Phase nach dem Start der Entladung zu bestimmen, die eine Phase darstellt, bei der definitiv keine Entladungsunterbrechung auftritt. Wie jedoch durch „Bestimmungszeitpunkt B” in 3 dargestellt ist, bestehen Bedenken, dass, wenn versucht wird, die Strömungsgeschwindigkeit basierend auf der Größe der Entladungsspannung zu einem Zeitpunkt zu bestimmen, der zu früh in der Anfangsphase nach dem Start der Entladung liegt, die Genauigkeit der Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit abnimmt. Dies liegt daran, dass Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases während einer Entladungszeitspanne nicht nur durch Bestimmen der Größe einer Entladungsspannung in der Anfangsphase nach dem Start der Entladung ermittelt werden können, und als Ergebnis, wie in 3 gezeigt ist, die Möglichkeit besteht, dass eine Unterscheidung zwischen dem Zyklus (durchgezogene Linie), in welchem die zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit in der vorstehend genannten Zeitspanne A groß ist, und einem Zyklus (gestrichelte Linie), in welchem die zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit klein ist, fehlschlägt.
[Kennzeichnendes Verfahren zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases in Ausführungsform 1]
4 zeigt eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel von Zeitverlaufsgraphen eines Entladungsenergie-Integral- bzw. Integrationwerts zeigt, der zur Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases bei Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Es sei angemerkt, dass die beiden Graphen, die durch eine durchgezogene und gestrichelte Linie in 4 dargestellt sind, den beiden Graphen entsprechen, die durch eine durchgezogene und gestrichelte Linie in 3 dargestellt sind.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Aufbau verwendet, der die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases, das in einem Zylinder fließt, basierend auf der Größe eines Werts (nachstehend als „Entladungsenergie-Integralwert” bezeichnet) bestimmt, der durch Integrieren des Produkts einer Entladungsspannung (Sekundärspannung) und eines Entladungsstroms (Sekundärstrom) über eine vorgegebene Zeitspanne (beispielsweise die vorstehend genannte Zeitspanne A) während einer Entladungszeitspanne berechnet wird. Genauer gesagt wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Aufbau verwendet, der, in einem Fall, bei welchem der berechnete Entladungsenergie-Integralwert groß ist, bestimmt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases im Vergleich zu einem Fall, bei welchem der berechnete Entladungsenergie-Integralwert niedrig ist, hoch ist.
Die Größe der zeitgemittelten Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases in einer vorgegebenen Zeitspanne während einer Entladungszeitspanne wird als die Größe eines Entladungsenergie-Integralwerts zu einem Zeitpunkt, zu dem die vorgegebene Zeitspanne abläuft, ausgedrückt. Der Grund hierfür ist wie folgt. Das bedeutet, in einem Zyklus, in welchem die zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit in einer Zeitspanne ab dem Start der Entladung bis zum Ende der Entladung hoch ist, wird, selbst bei einem Fall, bei welchem eine Entladungsunterbrechung auftritt, die durchschnittliche Weglänge des Entladungspfades länger, so dass folglich ein zeitgemittelter Wert des elektrischen Widerstandes im Entladungspfad zunimmt. Damit einhergehend wird eine Zeitkonstante τ (= L/R) einer RL-Reihenschaltung auf der Sekundärseite (eine Schaltung, bei welcher die Sekundärspule 38c als Spule L und der Widerstand zwischen den Elektroden 34a und 34b als Widerstand R betrachtet wird) nach dem Start der Entladung relativ kleiner. Folglich liegt, wie in 4 gezeigt ist, in einem Zyklus, in welchem die zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit groß ist, der Zeitpunkt, zu dem die Entladung endet, unabhängig davon, ob die Entladungsunterbrechung auftritt oder nicht, früher. In einem Zyklus, in welchem die zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit dagegen niedrig ist, nimmt ein zeitgemittelter Wert des elektrischen Widerstandes im Entladungspfad ab. Damit einhergehend liegt, wie in 4 gezeigt ist, da die Zeitkonstante τ relativ größer wird, die Zeit, zu welcher die Entladung endet, später. Das bedeutet, je höher die zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit ist, desto höher wird der Anstieg (Zeitverlauf einer Änderung) des Entladungsenergie-Integralwerts bezüglich der Zeitspanne.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, basierend auf der Größe des Entladungsenergie-Integralwerts zu bestimmen, ob die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases hoch oder niedrig ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird daher in einem Fall, bei dem der Entladungsenergie-Integralwert gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, bestimmt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases gleich oder größer als ein Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert ist. Es kann auch ein Aufbau verwendet werden, bei welchem, anstelle der vorstehend genannten Bestimmung bestimmt wird, dass, je größer der Entladungsenergie-Integralwert ist, die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases umso höher ist.
Durch Verwenden des Entladungsenergie-Integralwerts, der durch Integrieren der Entladungsspannung und des Entladungsstroms über die Zeit für eine vorgegebene Zeitspanne erhalten wird, kann ein Aufbau realisiert werden, in welchem eine abrupte Änderung der Entladungsspannung, die einhergeht mit einer Entladungsunterbrechung, die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit bezüglich des im Zylinder befindlichen Gases nicht beeinflusst. Folglich kann, wie in 4 dargestellt ist, ein Bereich, in welchem es möglich ist, eine Bestimmungszeit bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases einzustellen, ausgeweitet werden. Da es hierdurch nicht länger nötig ist, eine Bestimmungszeit auf einen Zeitpunkt zu setzen, der zu früh liegt, wie der Bestimmungszeitpunkt B, um den Einfluss einer Entladungsunterbrechung wie vorstehend beschrieben zu berücksichtigen, ist ein Zyklus, in welchem die zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit groß ist, und ein Zyklus, in welchem die zeitgemittelte Strömungsgeschwindigkeit klein ist, in geeigneter Weise unterscheidbar.
[Kennzeichnende Zündungssteuerung in Ausführungsform 1]
5 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der kennzeichnenden Zündungssteuerung von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn das vorstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases verwendet wird, wenn bestimmt wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases niedriger ist als der Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert, da der Entladungsenergie-Integralwert niedriger als der vorstehend genannte Schwellenwert ist, eine zweite Entladung (erneute Entladung) durch die erste Zündkerze 34 nach dem Ende der Entladung (induktive Entladung) durch die erste Zündkerze 34 im vorliegenden Zyklus ausgeführt.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Zündungssteuerung ist es, durch Ausführen einer zweiten Entladung in einem Zyklus, bei welchem keine Bedenken bestehen, dass die sich Verbrennung aufgrund der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Zündung verschlechtert, möglich, eine Situation zu vermeiden, bei welcher sich die Verbrennung tatsächlich in diesem Zyklus verschlechtert. Hierdurch können Verbrennungsschwankungen unterdrückt werden.
[Spezifische Verarbeitung in Ausführungsform 1]
6 ist ein Flussschaubild, das eine Steuerroutine zeigt, welche die ECU 30 ausführt, um die charakteristische Strömungsgeschwindigkeitsbestimmung bezüglich des im Zylinder befindlichen Gases sowie die Zündungssteuerung in Ausführungsform 1, die vorstehend beschrieben wurden, zu realisieren. Es sei angemerkt, dass davon ausgegangen wird, dass die vorliegende Routine zu einem Zeitpunkt gestartet wird, bei welchem ein vorgegebener Zündzeitpunkt in jedem Zylinder erreicht ist, und für eine vorgegebene Steuerzeitspanne wiederholt ausgeführt wird.
Gemäß der in 6 gezeigten Routine führt die ECU 30 zunächst eine Verarbeitung aus, um eine Entladungsspannung (Sekundärspannung) der ersten Zündkerze 34 zu erfassen (Schritt 100) und führt dann eine Verarbeitung aus, um einen Entladungsstrom (Sekundärstrom) der ersten Zündkerze 34 (Schritt 102) zu erfassen.
Die erfasste Entladungsspannung und den erfassten Entladungsstrom nutzend berechnet die ECU 30 dann einen Entladungsenergie-Integralwert durch Integrieren der (erfassten Werte der) Produkte der Entladungsspannung und des Entladungsstroms über die Zeit ab einem Zeitpunkt, zu dem die Entladung gestartet wurde (Schritt 104). Anschließend bestimmt die ECU 30, ob eine vorgegebene Bestimmungszeit, zu der die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases (beispielsweise der Endpunkt der Zeitspanne A aus 4) bestimmt werden soll, erreicht wurde (Schritt 106). Die Berechnung des Entladungsenergie-Integralwerts in Schritt 104 wird wiederholt ausgeführt, bis in Schritt 106 bestimmt wird, dass der vorgegebene Bestimmungszeitpunkt erreicht wurde.
Wenn im vorstehend genannten Schritt 106 bestimmt wird, dass der vorgegebene Bestimmungszeitpunkt erreicht wurde, bestimmt die ECU 30 dann, ob der Entladungsenergie-Integralwert zu dem Zeitpunkt, zu welchem der vorstehend genannte Bestimmungszeitpunkt erreicht wurde, gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist (Schritt 108). Wenn als Ergebnis bestimmt wird, dass der Entladungsenergie-Integralwert gleich oder größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, bestimmt die ECU 30, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Zündung im augenblicklichen Zyklus gleich oder größer als ein vorgegebener Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert ist (Schritt 110).
Wenn dagegen im vorstehend beschriebenen Schritt 108 bestimmt wird, dass der Entladungsenergie-Integralwert kleiner als der vorstehend genannte Schwellenwert ist, bestimmt die ECU 30, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Zündung im augenblicklichen Zyklus geringer als der vorstehend genannte Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert ist (Schritt 112). In diesem Fall steuert die ECU 30 dann die erste Energieerzeugungsvorrichtung 42 und den ersten Transistor 44, so dass eine zweite Entladung (erneute Entladung) durch die erste Zündkerze 34 nach dem Ende der Induktionsentladung durch die erste Zündkerze 34 ausgeführt wird (Schritt 114). Eine derartige Steuerung kann beispielsweise durch Laden des ersten Kondensators 40 nach dem Ausführen der ersten Entladung durch die erste Zündkerze 34 und anschließendes Zirkulieren und Unterbrechen eines Primärstromes erfolgen. Alternativ kann eine derartige Steuerung beispielsweise durch Verwenden einer Konfiguration erfolgen, bei welcher eine Mehrzahl von Zündspulen für die erste Zündkerze 34 vorgesehen sind, und nach dem Ausführen der ersten Entladung eine Entladung unter Verwendung einer bis dato ungenutzten anderen Zündspule ausgeführt wird.
Gemäß dem Verfahren zum Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases der vorliegenden Ausführungsform, die vorstehend beschrieben wurde, ist es möglich, genau zwischen niedrigen und hohen Werte der Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases zu unterscheiden, selbst wenn eine Entladungsunterbrechung während einer vorgegebenen Zeitspanne auftritt, in welcher die Strömungsgeschwindigkeitsbestimmung ausgeführt wird. Gemäß der Zündungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform kann ferner bei einem Fall, bei welchem die bestimmte Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases niedrig ist, eine Verschlechterung der Verbrennung in dem Zyklus vermieden werden, indem eine zweite Entladung während des gleichen Zyklus ausgeführt wird, so dass das Auftreten von Verbrennungsschwankungen unterdrückt werden kann.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 wird ein Aufbau verwendet, der eine zweite Entladung unter Verwendung der ersten Zündkerze 34 ausführt, wenn basierend auf der Größe des Entladungsenergie-Integralwerts bestimmt wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases niedriger als der vorstehend genannte Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert ist. Gleichwohl ist die Zusatzenergie-Zufuhreinrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf eine Einrichtung zum Zuführen einer zusätzlichen Zündungsenergie für eine zweite Zündung wie vorstehend beschrieben beschränkt und es kann beispielsweise ein Aufbau verwendet werden, der die nachfolgende Technologie nutzt. Das bedeutet, ein Aufbau kann verwendet werden, der die zweite Energieerzeugungsvorrichtung 50 und den zweiten Transistor 52 steuert, so dass nach einer ersten Entladung durch die erste Zündkerze 34 die ungenutzte zweite Zündkerze 36 verwendet wird, um die zweite Entladung während der Verbrennungszeitspanne auszuführen.
Es sei angemerkt, dass bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 die „Entladungsspannung-Messeinrichtung” der vorliegenden Erfindung durch die ECU 30 realisiert wird, die den Prozess des vorstehend beschriebenen Schritts 100 ausführt, die „Entladungsstrom-Messeinrichtung” der vorliegenden Ausführungsform durch die ECU 30 realisiert wird, welche den Prozess des vorstehend beschriebenen Schritts 102 ausführt, und die „Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung” der vorliegenden Erfindung durch die ECU 30 realisiert wird, welche die Prozesse der Schritte 104 bis 112 ausführt.
Zudem wird bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 die „Zusatzenergie-Zufuhreinrichtung” der vorliegenden Erfindung durch die ECU 30 realisiert, welche den Prozess gemäß dem vorstehend beschriebenen Schritt 114 in einem Fall ausführt, bei welchem das in Schritt 108 erhaltene Ergebnis nicht positiv ist.
Ausführungsform 2
Nachstehend wird eine Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 7 und 8 beschrieben.
Das System der vorliegenden Ausführungsform kann durch Verwenden des Hardwareaufbaus, der in den 1 und 2 gezeigt ist, realisiert werden, wobei die ECU 30 die in den 8 und 9 gezeigten Routinen, welche später beschrieben werden, zusammen mit der in 6 gezeigten Routine ausführt.
[Charakteristischer Abschnitt von Ausführungsform 2]
7 ist eine Mehrfachansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zum Erfassen eines Entladungsunterbrechungszeitpunkts in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Genauer gesagt bezeichnet 7(A) ein Beispiel eines Entladungsspannungsgraphs zu einem Zeitpunkt der Zündung durch die erste Zündkerze 34 und 7(B) zeigt einen Graph eines Zeitdifferentialwerts (Änderungsrate) der Entladungsspannung aus 7(A).
Wie vorstehend beschrieben ist, steigt eine Entladungsspannung unmittelbar vor dem Auftreten einer Entladungsunterbrechung schnell an. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Aufbau verwendet, der bestimmt, ob ein Zeitdifferentialwert der Entladungsspannung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt oder nicht, und einen Entladungsunterbrechungszeitpunkt (die Basis dessen ein Entladungsstartzeitpunkt ist), bei welchem eine Entladungsunterbrechung (eine erste Entladungsunterbrechung) an der ersten Zündkerze 34 auftritt, basierend auf einer Zeit, zu der der Zeitdifferentialwert den Schwellenwert übersteigt, erfasst.
Zudem wird bei der vorliegenden Ausführungsform zu einem Zeitpunkt, bei dem der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 im Wesentlichen ein Beharrungszustand ist, bestimmt, ob der Entladungsunterbrechungszeitpunkt früher als zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (d. h. vor dem vorgegebenen Zeitpunkt) liegt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Entladungsunterbrechungszeitpunkt vor dem vorgegebenen Zeitpunkt liegt, wird die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases unter Verwendung des in Ausführungsform 1 beschriebenen Verfahrens unter Ausnutzung des Entladungsenergie-Integralwerts bestimmt, wie vorstehend beschrieben, wohingegen, wenn bestimmt wird, dass der Entladungsunterbrechungszeitpunkt identisch ist oder später liegt als der vorgegebene Zeitpunkt, die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases basierend auf der Größe der Entladungsspannung bestimmt wird.
[Spezifische Verarbeitung aus Ausführungsform 2]
8 zeigt ein Flussschaubild, das eine Routine darstellt, die die ECU 30 in Ausführungsform 2 ausführt, um einen Entladungsunterbrechungszeitpunkt zu ermitteln. Es sei angemerkt, dass davon ausgegangen wird, dass die vorliegende Routine zu einem Zeitpunkt gestartet wird, bei welchem ein vorgegebener Zündzeitpunkt in jedem Zylinder erreicht ist, und für eine vorgegebene Steuerzeitspanne wiederholt ausgeführt wird.
Gemäß der in 8 dargestellten Routine führt die ECU 30 zunächst eine Verarbeitung aus, um eine Entladungsspannung (Sekundärspannung) der ersten Zündkerze 34 zu ermitteln (Schritt 200). Dann berechnet die ECU 30 einen Zeitdifferentialwert der Entladungsspannung unter Verwendung eines Stromwerts und eines vorherigen Werts der Entladungsspannung (Schritt 202).
Danach bestimmt die ECU 30, ob der berechnete Zeitdifferentialwert der Entladungsspannung größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist oder nicht (Schritt 204). Wenn das so bestimmte Ergebnis anzeigt, dass der Zeitdifferentialwert der Entladungsspannung größer als der vorstehend genannte Schwellenwert ist, erfasst die ECU 30 das Auftreten bzw. Vorliegen einer Entladungsunterbrechung zu dem Zeitpunkt, bei welchem der augenblickliche Zeitdifferentialwert berechnet wurde (Schritt 206) und speichert einen Entladungsunterbrechungszeitpunkt als Wert, der auf dem Entladungsstartzeitpunkt in Verbindung mit dem augenblicklichen Betriebszustand basiert (Schritt 208).
Der Entladungsunterbrechungszeitpunkt variiert abhängig vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10. Gemäß der in 8 gezeigten Routine, die vorstehend beschrieben wurde, kann der tatsächliche Entladungsunterbrechungszeitpunkt beim augenblicklichen Betriebszustand erfasst werden.
9 ist ein Flussschaubild, das eine Routine zeigt, welche die ECU 30 in Ausführungsform 2 ausführt, um das Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungsverfahren entsprechend dem Entladungsunterbrechungszeitpunkt umzuschalten. Es sei angemerkt, dass davon ausgegangen wird, dass die vorliegende Routine für jede vorgegebene Steuerzeitspanne parallel zu der in 8 gezeigten Routine, die vorstehend beschrieben wurde, wiederholt ausgeführt wird.
Gemäß der in 9 gezeigten Routine nutzt die ECU 30 zunächst die Ausgabe des Luftmengenmessers 18 und des Kurbelwinkelsensors 32 und dergleichen, um zu bestimmen, ob der augenblickliche Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 im Wesentlichen ein Beharrungsbetriebszustand ist oder nicht (Schritt 300).
Wenn im vorstehend genannten Schritt 300 bestimmt wird, dass der augenblickliche Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 im Wesentlichen ein Beharrungsbetriebszustand ist, bestimmt die ECU 30 anschließend, ob der Entladungsunterbrechungszeitpunkt beim augenblicklichen Betriebszustand vor einem vorgegebenen Zeitpunkt liegt (Schritt 302). Der vorgegebene Zeitpunkt in Schritt 302 ist ein Wert, der vorab als Schwellenwert zum Ermöglichen einer Bestimmung eingestellt wird, ob oder ob nicht ein gewisser Spielraum existiert, in welchem eine Strömungsgeschwindigkeitsbestimmung basierend auf der Größe der Entladungsspannung während der Zeitspanne bis der Entladungsunterbrechungszeitpunkt erreicht ist, ausgeführt werden kann, und ist ein Wert, der entsprechend den Betriebsbedingungen eingestellt wird.
Wenn in Schritt 302 bestimmt wird, dass der Entladungsunterbrechungszeitpunkt vor dem vorstehend genannten vorgegebenen Zeitpunkt liegt, wird ein Verfahren, das den vorstehend genannten Entladungsenergie-Integralwert verwendet, der in Ausführungsform 1 beschrieben wurde, als Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungsverfahren auswählt, das für den augenblicklichen Betriebszustand verwendet werden soll (Schritt 304). Wenn dagegen in Schritt 302 bestimmt wird, dass der Entladungsunterbrechungszeitpunkt nicht identisch ist oder später liegt als der vorstehend genannte vorgegebene Zeitpunkt, wird ein Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungsverfahren, das auf der Größe der Entladungsspannung basiert, als das Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungsverfahren ausgewählt, das für den augenblicklichen Betriebszustand verwendet werden soll (Schritt 306). Genauer gesagt wird, gemäß dem Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungsverfahren aus Schritt 306, wenn die Entladungsspannung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (der Bestimmungszeitpunkt B aus 3 entspricht diesem) während der Entladungszeitspanne (der Induktionsentladungszeitspanne) gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist, bestimmt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases gleich oder größer als ein vorgegebener Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert ist.
Gemäß der in 9 gezeigten Routine, die vorstehend beschrieben wurde, wird das Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungsverfahren entsprechend dem Entladungsunterbrechungszeitpunkt umgeschaltet. Im Vergleich zum Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungsverfahren, das einen Entladungsenergie-Integralwert nutzt, kann das Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungsverfahren, das auf der Größe der Entladungsspannung basiert, schnell eine Strömungsgeschwindigkeitsbestimmung durchführen, da die Rechenlast, die auf die ECU 30 und dergleichen wirkt, geringer ist. Wenn es dementsprechend möglich ist, die Strömungsgeschwindigkeitsbestimmung basierend auf der Größe der Entladungsspannung ohne Wahrnehmung des Einflusses der Entladungsunterbrechung auszuführen, wird dieses Bestimmungsverfahren verwendet. Dies macht es möglich, eine Verzögerungszeitspanne von einem Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungszeitpunkt bis zur Ausführung einer zweiten Entladung in einem Zyklus zu verkürzen, in welchem eine zweite Entladung notwendig ist, da die Strömungsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Zündung niedrig ist. Hierdurch ist es möglich, noch zuverlässiger eine Verschlechterung der Verbrennung in diesem Zyklus zu unterbinden.
Es sei angemerkt, dass bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 2 die „Entladungsunterbrechungszeitpunkt-Erfassungseinrichtung” der vorliegenden Erfindung durch die ECU 30 realisiert wird, welche die Prozessfolge der Schritte 200 bis 208 ausführt.
Darüber hinaus wird bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 2 die „zweite Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung” der vorliegenden Erfindung durch die ECU 30 realisiert, welche den Prozess gemäß dem vorstehend beschriebenen Schritt 306 ausführt.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Ansaugleitung
14: Abgasleitung
16: Luftfilter
18: Luftmengenfilter
20: Turbolader
22: Zwischenkühler
24: Drosselklappe
26: Kraftstoffeinspritzventil
28: Zündvorrichtung
30: ECU (elektronische Steuereinheit)
32: Kurbelwinkelsensor
34: erste Zündkerze
34a: Mittelelektrode der ersten Zündkerze
34b: Masseelektrode der ersten Zündkerze
36: zweite Zündkerze
36a: Mittelelektrode der zweiten Zündkerze
36b: Masseelektrode der zweiten Zündkerze
38: erste Zündspule
38a: Primärspule der ersten Zündspule
38b: Eisenkern der ersten Zündspule
38c: Sekundärspule der ersten Zündspule
40: erster Kondensator
42: erste Energieerzeugungsvorrichtung
44: erster Transistor
46: zweite Zündspule
48: zweiter Kondensator
50: zweite Energieerzeugungsvorrichtung
52: zweiter Transistor

Claims

Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: eine Zündkerze zum Zünden eines in einem Zylinder befindlichen Gases; eine Entladungsspannung-Messeinrichtung zum Messen einer Entladungsspannung der Zündkerze; eine Entladungsstrom-Messeinrichtung zum Messen eines Entladungsstroms der Zündkerze; und eine Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Strömungsgeschwindigkeit eines im Zylinder befindlichen Gases basierend auf einem Entladungsenergie-Integralwert, der durch Integrieren eines Produkts der Entladungsspannung und des Entladungsstroms über eine vorgegebene Zeitspanne erhalten wird.
Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung bei einem Fall, bei dem der Entladungsenergie-Integralwert groß ist, bestimmt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Entladungsenergie-Integralwert niedrig ist, hoch ist.
Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung bei einem Fall, bei dem der Entladungsenergie-Integralwert gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, bestimmt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases gleich oder größer als ein Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert ist.
Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, weiter aufweisend eine Zusatzenergie-Zufuhreinrichtung, die bei einem Fall, bei dem die durch die Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung bestimmte Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases kleiner als der Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungswert ist, eine zusätzliche Zündungsenergie zuführt.
Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter aufweisend eine Entladungsunterbrechungszeitpunkt-Erfassungseinrichtung zum Bestimmen, ob ein Zeitdifferentialwert der Entladungsspannung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt oder nicht, und zum Erfassen eines Entladungsunterbrechungszeitpunkts, bei dem eine Entladungsunterbrechung an der Zündkerze auftritt, basierend auf einer Zeit, bei welcher der Zeitdifferentialwert den Schwellenwert übersteigt.
Zündungssteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, weiter aufweisend: eine zweite Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases basierend auf einer Größe der Entladungsspannung, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases bei einem Fall, bei dem der Entladungsunterbrechungszeitpunkt früher als ein vorgegebener Zeitpunkt ist, unter Verwendung der Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung bestimmt wird, und die Strömungsgeschwindigkeit des im Zylinder befindlichen Gases bei einem Fall, bei dem der Entladungsunterbrechungszeitpunkt identisch zu oder später als der vorgegebene Zeitpunkt ist, unter Verwendung der zweiten Strömungsgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung bestimmt wird.