DE112015001740T5 - Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Eine Zündvorrichtung umfasst eine Ausblas- bzw. Verlöschungsermittlungseinheit. Die Verlöschungsermittlungseinheit ermittelt, dass ein Ausblasen bzw. Verlöschen aufgetreten ist, wenn ein elektrischer Sekundärstrom während einer Ermittlungsphase unter einen vorbestimmten Schwellenwert Ia fällt; die Ermittlungsphase entspricht einer vorbestimmten Zeitphase ΔT ausgehend von dem Start einer Funkenentladung durch eine Hauptzündungsschaltung. Ferner findet eine Steuerung statt, um eine kontinuierliche Funkenentladung in einem nächsten Zyklus nach einer Hauptzündung durchzuführen, wenn ermittelt wird, dass während der Hauptzündung (Voll-Transistorzündung) ein Verlöschen aufgetreten ist. Darüber hinaus ist ein Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom beim Durchführen der kontinuierlichen Funkenentladung auf einen elektrischen Stromwert eingestellt, welcher durch Addieren eines vorbestimmten elektrischen Stromwerts α zu dem bei der Verlöschungsermittlung verwendeten vorbestimmten Schwellenwert Ia erhalten wird. Folglich ist es in dem nächsten Zyklus möglich, ein Verlöschen zuverlässig zu verhindern, wodurch eine Fehlzündung zuverlässig verhindert wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Zündvorrichtungen zur Verwendung in Verbrennungskraftmaschinen und insbesondere Technologien zum Fortsetzen einer Funkenentladung.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Als eine Technologie zum Reduzieren der Last aufgrund einer Wiederholung eines Ausblasens bzw. Verlöschens und einer erneuten Entladung einer Zündkerze, zum Unterdrücken eines unnötigen Verbrauchs von elektrischer Leistung und zum Fortsetzen einer Funkenentladung hat der Erfinder im vorliegenden Fall eine Energieeingabeschaltung erfunden (kein allgemein bekannter Stand der Technik). Die Energieeingabeschaltung gibt elektrische Energie nach dem Start einer Initial-Funkenentladung (welche als Hauptzündung zu bezeichnen ist) durch eine bekannte Zündschaltung ausgehend von einer Niederspannungsseite einer Primärspule hin zu einer Batteriespannungszuführleitung, bevor die Hauptzündung ausgeblasen wird bzw. verlischt; mit der Eingabe elektrischer Energie bringt die Energieeingabeschaltung kontinuierlich elektrischen Strom in der gleichen Richtung auf eine Sekundärspule (elektrischer DC-Sekundärstrom) auf, wodurch die durch die Hauptzündung hervorgerufene Funkenentladung für eine beliebige Zeitphase (nachfolgend Phase kontinuierlicher Entladung bzw. Dauerentladungsphase) fortgesetzt wird. Zusätzlich ist nachfolgend die durch die Energieeingabeschaltung fortgesetzte Funkenentladung (die auf die Hauptzündung folgende Funkenentladung) als eine kontinuierliche Funkenentladung bezeichnet.
  • Die Energieeingabeschaltung steuert durch Steuern eines elektrischen Primärstroms (eingegebene Energie) in der Dauerentladungsphase den elektrischen Sekundärstrom, um die Funkenentladung fortzusetzen bzw. aufrechtzuerhalten. Durch Steuern des elektrischen Sekundärstroms bei der kontinuierlichen Funkenentladung ist es möglich, ein Ausblasen bzw. Verlöschen der Zündkerze bzw. des Zündfunkens zu verhindern, die Last eines Elektrodenverschleißes zu reduzieren, einen unnötigen Verbrauch elektrischer Leistung zu unterdrücken und die Funkenentladung fortzusetzen.
  • Da der elektrische Sekundärstrom bei der auf die Hauptzündung folgenden kontinuierlichen Funkenentladung in der gleichen Richtung aufgebracht wird, ist es darüber hinaus schwierig, dass die Funkenentladung bei der auf die Hauptzündung folgenden kontinuierlichen Funkenentladung unterbrochen wird. Daher ist es bei der Anwendung der kontinuierlichen Funkenentladung durch die Energieeingabe möglich, ein Ausblasen bzw. Verlöschen der Funkenentladung auch unter einer Betriebsbedingung zu verhindern, welche einer Magerverbrennung entspricht, und bei welcher in dem Zylinder eine Rotationsströmung geschaffen ist.
  • Nachfolgend ist zum Zwecke des Förderns des Verständnisses der vorliegenden Erfindung ein typisches Beispiel der Energieeingabeschaltung (wie vorstehend beschrieben kein allgemein bekannter Stand der Technik), auf welche die vorliegende Erfindung nicht angewendet wird, basierend auf 5 bis 7 beschrieben. Zusätzlich sind in 5 funktionellen Komponenten, welche identisch zu diesen bei später beschriebenen Ausführungsformen sind, die gleichen Bezugszeichen wie bei den Ausführungsformen zugewiesen.
  • Eine in 5 gezeigte Zündvorrichtung umfasst eine Hauptzündungsschaltung 3, welche die Hauptzündung bei einer Zündkerze 1 durch einen Voll-Transistorbetrieb (An/Aus-Betrieb von Zündschaltmitteln 13) hervorruft, und die Energieeingabeschaltung 4, welche die auf die Hauptzündung folgende kontinuierliche Funkenentladung durchführt.
  • Die Energieeingabeschaltung 4 ist mit einer Verstärkerschaltung 18, welche die Spannung einer fahrzeuginternen Batterie 11 (DC-Leistungsquelle) verstärkt, Energieeingabeschaltmitteln 27 zum Steuern der bei der Niederspannungsseite der Primärspule 7 eingegebenen elektrischen Energie und einer Energieeingabe-Antriebsschaltung 28, welche die An/Aus-Betätigung der Energieeingabeschaltmittel 27 steuert, konfiguriert.
  • 6 zeigt Zeitdiagramme, welche den Betrieb der Zündvorrichtung beim Hervorrufen der Hauptzündung darstellen.
  • Die Hauptzündungsschaltung 3 arbeitet basierend auf einem durch eine ECU 5 (Abkürzung für Maschinensteuerungseinheit) vorgesehenen Zündsignal IGT. Auf das Umschalten des Zündsignals IGT ausgehend von einem niedrigen Niveau (low) hin zu einem hohen Niveau (high) hin wird die Primärspule 7 der Zündspule 2 bestromt bzw. erregt. Anschließend, wenn das Zündsignal IGT ausgehend von dem hohen Niveau auf das niedrige Niveau umgeschaltet wird und daher die Bestromung der Primärspule 7 unterbrochen wird, wird in der Sekundärspule 8 der Zündspule 2 eine Hochspannung erzeugt, welche die Hauptzündung bei der Zündkerze startet.
  • Nach dem Start der Hauptzündung bei der Zündkerze 1 wird der elektrische Sekundärstrom im Wesentlichen in der Gestalt einer Sägezahnwelle (siehe 6) schwächer. Zusätzlich nimmt der elektrische Stromwert in dem Zeitdiagramm des elektrischen Sekundärstroms in Richtung hin zu der negativen Seite zu (in der Figur nach unten).
  • 7 zeigt Zeitdiagramme, welche den Betrieb der Zündvorrichtung beim Durchführen der kontinuierlichen Funkenentladung nach der Hauptzündung darstellen.
  • Die Energieeingabeschaltung 4 arbeitet basierend auf einem Signal für eine kontinuierliche Entladung bzw. einem Dauerentladungssignal IGW und einem Befehlssignal IGA für den elektrischen Sekundärstrom, welche durch die ECU 5 vorgesehen sind; das Befehlssignal IGA für den elektrischen Sekundärstrom gibt einen Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom an.
  • Nach der Hauptzündung gibt die ECU 5 zum Eingeben von Energie bei der Sekundärspule 8, bevor der elektrische Sekundärstrom auf einen „vorbestimmten unteren elektrischen Grenzstromwert” (elektrischer Stromwert zum Fortsetzen der Funkenentladung) abfällt, und dadurch zum Fortsetzen der Funkenentladung sowohl das Dauerentladungssignal IGW als auch das Befehlssignal IGA für den elektrischen Sekundärstrom zu der Energieeingabeschaltung 4 aus.
  • Auf das Umschalten des Dauerentladungssignals IGW von einem niedrigen Niveau auf ein hohes Niveau hin wird die Eingabe von elektrischer Energie ausgehend von der Niederspannungsseite der Primärspule 7 hin der positiven Seite gestartet. Insbesondere wird der elektrische Sekundärstrom während einer Zeitphase, in welcher IGW hoch ist, durch eine An/Aus-Steuerung der Energieeingabeschaltmittel 27 derart gesteuert, dass dieser auf dem Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom gehalten wird (siehe 7).
  • (Probleme)
  • Mit der Ausführung der kontinuierlichen Funkenentladung durch die Energieeingabe wird es auch unter einer Betriebsbedingung, die einer Magerverbrennung entspricht, und bei welcher in dem Zylinder eine Rotationsströmung geschaffen ist, schwierig, dass ein Ausblasen bzw. Verlöschen einer Funkenentladung auftritt.
  • Bei der Zündvorrichtung, welche die kontinuierliche Funkenentladung durch die Energieeingabe durchführen kann, existieren Fälle, bei welchen unter einer Betriebsbedingung, bei welcher ein Ausblasen bzw. Verlöschen relativ schwer auftritt, lediglich die Hauptzündung durchgeführt wird. Das heißt, es existieren Fälle, bei welchen eine vorbestimmte Betriebsbedingung, die gemäß der Maschinendrehzahl, der Maschinenlast und dergleichen eingestellt ist, als ein Hauptzündungsbereich definiert ist; und in dem Hauptzündungsbereich lediglich die Hauptzündung durchgeführt wird. Jedoch existiert auch in dem Bereich, welcher als der Betriebsbereich eingestellt ist, in welchem ein Ausblasen bzw. Verlöschen schwer auftritt, aufgrund von Differenzen zwischen individuellen Maschinen, einer Variation zwischen Zylindern und einer Alterungsverschlechterung nach wie vor die Gefahr des Auftretens eines Verlöschens während der Hauptzündung.
  • Daher ist es auch bei der Zündvorrichtung, welche die kontinuierliche Funkenentladung durch die Energieeingabe durchführen kann, nach wie vor notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, um ein Ausblasen bzw. Verlöschen in dem Hauptzündungsbereich zu ermitteln, und dadurch eine Fehlzündung zu verhindern.
  • Zusätzlich ist als eine Technologie zum Verhindern eines Ausblasens bzw. Verlöschens bei einer Zündvorrichtung in Patentdokument 1 eine Technologie zum Umschalten von einem Magerbetrieb hin zu einem stöchiometrischen Betrieb offenbart, wenn es nicht möglich ist, eine Entladungszeit sicherzustellen, welche länger als oder gleich lang wie eine vorbestimmte Zeit ist. Aufgrund von Differenzen zwischen individuellen Maschinen, einer Variation zwischen Zylindern und einer Alterungsverschlechterung existieren jedoch auch bei dem stöchiometrischen Betrieb nach wie vor Fälle, bei welchen es nicht möglich ist, die Entladungszeit sicherzustellen. Daher besteht nach wie vor die Gefahr, dass ein Verlöschen auftreten kann, was in einer Fehlzündung resultiert, auch wenn hin zu dem stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird.
  • Darüber hinaus ist in Patentdokument 2 eine Erfassung eines Ausblasens bzw. Verlöschens offenbart. Gemäß der Technologie von Patentdokument 2 wird jedoch eine Entladung auf eine Erfassung eines Verlöschens hin verhindert. Daher besteht die Gefahr, dass dies in einer Fehlzündung resultiert.
  • LITERATUR DES STANDES DER TECHNIK
  • Patentliteratur
    • Patentdokument 1: Japanisches Patent mit der Nummer JP 4938404 B2
    • Patentdokument 2: Japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer JP 2013100811 A
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte mit Blick auf die vorstehenden Probleme. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, bei einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine kontinuierliche Funkenentladung durch eine Energieeingabe durchführen kann, das Auftreten eines Ausblasen bzw. Verlöschens in einem Hauptzündungsbereich zu erfassen und dadurch eine Fehlzündung zuverlässig zu verhindern.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Eine Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hauptzündungsschaltung, eine Energieeingabeschaltung und eine Ausblas- bzw. Verlöschungsermittlungseinheit.
  • Die Hauptzündungsschaltung führt eine Erregungssteuerung einer Primärspule einer Zündspule durch, wodurch eine Funkenentladung bei einer Zündkerze hervorgerufen wird.
  • Die Energieeingabeschaltung gibt während der durch den Betrieb der Hauptzündungsschaltung gestarteten Funkenentladung elektrische Energie bei der Primärspule ein, wodurch ein elektrischer Sekundärstrom in der gleichen Richtung auf eine Sekundärspule der Zündspule aufgebracht wird. Die Energieeingabeschaltung hält außerdem den elektrischen Sekundärstrom auf einem Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom, wodurch die durch den Betrieb der Hauptzündungsschaltung gestartete Funkenentladung fortgesetzt wird.
  • Die Verlöschungsermittlungseinheit ermittelt, dass ein Ausblasen bzw. Verlöschen aufgetreten ist, wenn der elektrische Sekundärstrom während einer Ermittlungsphase unter einen vorbestimmten Schwellenwert Ia fällt; die Ermittlungsphase entspricht einer Zeitphase ausgehend von dem Start der Funkenentladung durch die Hauptzündungsschaltung bis hin zu dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ΔT.
  • Ferner wird bei der Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung die kontinuierliche Funkenentladung in einem nächsten Zyklus durchgeführt, wenn ermittelt wird, dass während der Hauptzündung ein Ausblasen bzw. Verlöschen aufgetreten ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung findet eine Steuerung statt, um die kontinuierliche Funkenentladung nach der Hauptzündung in dem nächsten Zyklus durchzuführen, wenn ermittelt wird, dass während der Hauptzündung (beispielsweise Voll-Transistorzündung) ein Verlöschen aufgetreten ist. Darüber hinaus ist der Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom beim Durchführen der kontinuierlichen Funkenentladung auf einen elektrischen Stromwert eingestellt, welcher durch Addieren einer Spanne bzw. Größe (+α) zu dem bei der Verlöschungsermittlung verwendeten elektrischen Schwellenstromwert erhalten wird.
  • Folglich ist es bei dem nächsten Zyklus möglich, ein Verlöschen zuverlässig zu verhindern, wodurch eine Fehlzündung zuverlässig verhindert wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • 1 ist eine schematische Konfigurationsabbildung einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (einer ersten Ausführungsform).
  • 2 zeigt Zeitdiagramme, welche den Betrieb und eine Ausblas- bzw. Verlöschungsermittlung der Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (der ersten Ausführungsform) darstellen.
  • 3 ist eine Korrelationsabbildung, welche die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und der Ermittlungsphase (der ersten Ausführungsform) darstellt.
  • 4 zeigt Zeitdiagramme, welche den Betrieb und die Verlöschungsermittlung einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine darstellen (einer zweiten Ausführungsform).
  • 5 ist eine schematische Konfigurationsabbildung einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (ein Forschungsbeispiel: kein allgemein bekannter Stand der Technik).
  • 6 zeigt Zeitdiagramme, welche den Betrieb der Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine darstellen (des Forschungsbeispiels: kein allgemein bekannter Stand der Technik).
  • 7 zeigt Zeitdiagramme, welche den Betrieb der Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine darstellen (das Forschungsbeispiel: kein allgemein bekannter Stand der Technik).
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben.
  • Zusätzlich offenbart jede der nachfolgenden Ausführungsformen ein spezifisches Beispiel und es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgenden Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Erste Ausführungsform
  • Eine erste Ausführungsform ist mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
  • Eine Zündvorrichtung in der ersten Ausführungsform ist derart gestaltet, dass diese an einer Funkenzündungsmaschine für einen Antrieb eines Fahrzeugs montieren ist und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einer Verbrennungskammer zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt entzündet. Zusätzlich entspricht ein Beispiel der Maschine einer Direkteinspritzmaschine, welche Ottokraftstoff als Kraftstoff verwendet und eine Magerverbrennung ausführen kann. Die Maschine umfasst Rotationsströmungs-Steuerungsmittel zum Schaffen einer Rotationsströmung (Tumble-Strömung oder Drallströmung) des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder.
  • Die Zündvorrichtung in der ersten Ausführungsform ist vom DI(Direktzündungs)-Typ, welcher eine entsprechende Zündspule 2 für eine Zündkerze 1 von jedem Zylinder verwendet.
  • Die Zündvorrichtung umfasst die Zündkerze 1, die Zündspule 2, eine Hauptzündungsschaltung 3, eine Energieeingabeschaltung 4 und eine ECU 5.
  • Die Hauptzündungsschaltung 3 und die Energieeingabeschaltung 4 steuern eine Bestromung bzw. Erregung einer Primärspule 7 der Zündspule 2 basierend auf Befehlssignalen, die durch die ECU 5 vorgesehen sind. Ferner steuern diese Schaltungen 3 und 4 durch Steuern der Erregung der Primärspule 7 außerdem die elektrische Energie, welche in einer Sekundärspule 8 der Zündspule 2 erzeugt wird, wodurch eine Funkenentladung der Zündkerze 1 gesteuert wird.
  • Zusätzlich erzeugt die ECU 5 ein Zündsignal IGT, ein Dauerentladungssignal IGW und ein Befehlssignal IGA für einen elektrischen Sekundärstrom gemäß Maschinenparametern (Aufwärmzustand, Maschinendrehzahl, Maschinenlast und dergleichen), welche von verschiedenen Sensoren erlangt werden, und dem Maschinensteuerungszustand (dem Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Magerverbrennung, dem Ausmaß einer Rotationsströmung und dergleichen) und gibt diese aus.
  • Das heißt, die ECU 5 umfasst eine Hauptzündungs-Befehlseinheit (nicht gezeigt), welche das Zündsignal IGT erzeugt und hin zu der Hauptzündungsschaltung 3 sendet, und eine Energieeingabe-Befehlseinheit 5a, welche sowohl das Dauerentladungssignal IGW als auch das Befehlssignal IGA für den elektrischen Sekundärstrom erzeugt und hin zu der Energieeingabeschaltung 4 sendet.
  • Die Zündkerze 1 ist von einem bekannten Typ. Die Zündkerze 1 umfasst eine Mittelelektrode, welche über einen Ausgangsanschluss mit einem Ende der Sekundärspule 8 der Zündspule 2 verbunden ist, und eine äußere Elektrode, welche über einen Zylinderkopf der Maschine oder dergleichen geerdet ist. Die Funkenentladung wird zwischen der Mittelelektrode und der äußeren Elektrode durch die in der Sekundärspule 8 erzeugte elektrische Energie hervorgerufen. Die Zündkerze 1 ist bei jedem Zylinder montiert.
  • Die Zündspule 2 umfasst die Primärspule 7 und die Sekundärspule 8, welche eine höhere Anzahl an Windungen als die Primärspule 7 aufweist.
  • Ein Ende der Primärspule 7 ist mit einem positiven Anschluss der Zündspule 2 verbunden. Der positive Anschluss ist mit einer Batteriespannungs-Zuführleitung 10 verbunden (eine Leitung, welche die Zuführung von elektrischer Leistung von einer positiven Elektrode einer fahrzeuginternen Batterie 11 aufnimmt).
  • Das andere Ende der Primärspule 7 ist mit einem masseseitigen Anschluss der Zündspule 2 verbunden. Der masseseitige Anschluss ist über Zündschaltmittel 13 (Leistungstransistor, MOS-Transistor oder dergleichen) der Hauptzündungsschaltung 3 mit der Masse verbunden bzw. geerdet.
  • Ein Ende der Sekundärspule 8 ist mit dem Ausgangsanschluss verbunden, wie vorstehend beschrieben. Der Ausgangsanschluss ist mit der Mittelelektrode der Zündkerze 1 verbunden.
  • Das andere Ende der Sekundärspule 8 ist über eine erste Diode 15 und einen Erfassungswiderstand 16 für einen elektrischen Strom geerdet. Die erste Diode 15 begrenzt die Strömungsrichtung eines in der Sekundärspule 8 fließenden elektrischen Stroms auf eine Richtung. Der Erfassungswiderstand 16 für den elektrischen Strom dient als Erfassungsmittel zum Erfassen des elektrischen Sekundärstroms.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Erfassungswiderstand 16 für den elektrischen Strom über eine Erfassungsleitung 17 mit der ECU 5 verbunden, so dass ein Erfassungswert des elektrischen Sekundärstroms bei der ECU 5 eingegeben wird.
  • Die Hauptzündungsschaltung 3 entspricht einer Schaltung, welche eine Erregungssteuerung der Primärspule 7 der Zündspule 2 durchführt, wodurch eine Funkenentladung bei der Zündkerze 1 hervorgerufen wird.
  • Die Hauptzündungsschaltung 3 bringt die Spannung der fahrzeuginternen Batterie 11 (Batteriespannung) für eine Zeitphase, in welcher das Zündsignal IGT vorgesehen ist, auf die Primärspule 7 auf. Die Hauptzündungsschaltung 3 umfasst insbesondere die Zündschaltmittel 13 (Leistungstransistor oder dergleichen) zum An/Aus-Schalten des Bestromungszustands der Primärspule 7. Auf ein Vorsehen des Zündsignals IGT werden die Zündschaltmittel 13 angeschaltet, wodurch die Batteriespannung auf die Primärspule 7 aufgebracht wird.
  • Das Zündsignal IGT entspricht einem Signal, welches eine Zeitphase, in welcher magnetische Energie in der Primärspule 7 in der Hauptzündungsschaltung 3 gespeichert werden soll (Energiespeicherzeit) und eine Entladungsstartzeit anweist.
  • Die Energieeingabeschaltung 4 entspricht einer Schaltung, welche elektrische Energie während einer durch den Betrieb der Hauptzündungsschaltung 3 gestarteten Funkenentladung bei der Primärspule 7 eingibt, wodurch der elektrische Sekundärstrom in der gleichen Richtung auf die Sekundärspule 8 aufgebracht wird, um die durch den Betrieb der Hauptzündungsschaltung 3 gestartete Funkenentladung fortzusetzen.
  • Die Energieeingabeschaltung 4 ist mit einer Verstärkerschaltung 18 und Energieeingabesteuerungsmitteln 19 konfiguriert.
  • Die Verstärkerschaltung 18 verstärkt während der Zeitphase, in welcher das Zündsignals IGT durch die ECU 5 vorgesehen ist, die Spannung der fahrzeuginternen Batterie 11 und speichert diese in einem Kondensator 20.
  • Die Energieeingabesteuerungsmittel 19 geben die in dem Kondensator 20 gespeicherte elektrische Energie bei der negativen Seite (der Masseseite) der Primärspule 7 ein.
  • Die Verstärkerschaltung 18 ist derart konfiguriert, dass diese zusätzlich zu dem Kondensator 20 eine Drosselspule 21, Verstärkerschaltmittel 22, eine Verstärkerantriebsschaltung 23 und eine zweite Diode 24 umfasst. Zusätzlich entsprechen die Verstärkerschaltmittel 22 beispielsweise einem MOS-Transistor.
  • Ein Ende der Drosselspule 21 ist mit der positiven Elektrode der fahrzeuginternen Batterie 11 verbunden. Der Bestromungszustand der Drosselspule 21 wird durch die Verstärkerschaltmittel 22 auf An/Aus geschaltet. Darüber hinaus sieht die Verstärkerantriebsschaltung 23 bei den Verstärkerschaltmitteln 22 ein Steuerungssignal vor, wodurch die Verstärkerschaltmittel 22 an-/ausgeschaltet werden. Mit der An/Aus-Betätigung der Verstärkerschaltmittel 22 wird die in der Drosselspule 21 gespeicherte magnetische Energie als elektrische Energie in den Kondensator 20 geladen.
  • Zusätzlich ist die Verstärkerantriebsschaltung 23 derart vorgesehen, dass diese die Verstärkerschaltmittel 22 in einem vorbestimmten Zyklus während der Zeitphase, in welcher das Zündsignals IGT durch die ECU 5 auf An gehalten wird, wiederholend an-/ausschaltet. Darüber hinaus ist die zweite Diode 24 vorgesehen, um zu verhindern, dass die in dem Kondensator 20 gespeicherte elektrische Energie zurück zu der Seite der Drosselspule 21 fließt.
  • Die Energieeingabesteuerungsmittel 19 sind mit Energieeingabeschaltmitteln 27, einer Energieeingabeantriebsschaltung 28 und einer dritten Diode 29 konfiguriert. Zusätzlich entsprechen die Energieeingabeschaltmittel 27 beispielsweise einem MOS-Transistor.
  • Die Energieeingabeschaltmittel 27 sind vorgesehen, um die Eingabe der in dem Kondensator 20 gespeicherten elektrischen Energie ausgehend von der negativen Seite (der Niederspannungsseite) bei der Primärspule 7 an-/auszuschalten. Die Energieeingabeantriebsschaltung 28 sieht ein Steuerungssignal bei den Energieeingabeschaltmitteln 27 vor, wodurch die Energieeingabeschaltmittel 27 an-/ausgeschaltet werden.
  • Ferner steuert die Energieeingabeantriebsschaltung 28 durch ein Ein-/Ausschalten der Energieeingabeschaltmittel 27 die ausgehend von dem Kondensator 20 bei der Primärspule 7 eingegebene elektrische Energie, wodurch der elektrische Sekundärstrom für die Zeitphase, in welcher das Dauerentladungssignal IGW vorgesehen ist, auf einem Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom gehalten wird.
  • Das Dauerentladungssignal IGW entspricht einem Signal, welches eine Energieeingabezeit und eine Zeitphase, in welcher die kontinuierliche Funkenentladung fortgesetzt werden soll, anweist. Das Dauerentladungssignal IGW weist insbesondere eine Zeitphase an, in welcher die Energieeingabeschaltmittel 27 wiederholend an-/ausgeschaltet werden sollen, wodurch elektrische Energie ausgehend von der Verstärkerschaltung 18 bei der Primärspule 7 eingegeben wird (Energieeingabezeit).
  • Zusätzlich ist die dritte Diode 20 vorgesehenen, um zu verhindern, dass ein elektrischer Strom von der Primärspule 7 zurück zu dem Kondensator 20 fließt.
  • Ein spezifisches Beispiel der Energieeingabeantriebsschaltung 28 entspricht einer Schaltung, welche die Energieeingabeschaltmittel 27 durch eine Open-Loop-Steuerung (Rückkopplungssteuerung) auf An/Aus steuert, um den elektrischen Sekundärstrom auf dem Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom zu halten.
  • Alternativ kann die Energieeingabeantriebsschaltung 28 einer Schaltung entsprechen, welche den An/Aus-Zustand der Energieeingabeschaltmittel 27 über eine Rückkopplung steuert, um den Erfassungswert des elektrischen Sekundärstroms, welcher durch den Erfassungswiderstand 16 für den elektrischen Strom erfasst wird, auf dem Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom zu halten. In diesem Fall ist eine Rückkopplungsschaltung derart vorgesehen, dass: die Schaltung mit der Erfassungsleitung 17 verbunden ist und der Erfassungswert des elektrischen Sekundärstroms bei der Schaltung eingegeben wird; und die Schaltung einen Rückkopplungswert zum Steuern der Energieeingabeschaltmittel 27 basierend auf dem Erfassungswert des elektrischen Sekundärstroms und dem Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom erzeugt und ausgibt.
  • Darüber hinaus ist der Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom in der ECU 5 eingestellt und dieser wird als das Befehlssignal IGA für den elektrischen Sekundärstrom hin zu der Energieeingabeantriebsschaltung 28 gesendet.
  • (Merkmale der ersten Ausführungsform)
  • Die Zündvorrichtung umfasst eine Ausblas- bzw. Verlöschungsermittlungseinheit 5b. Die Verlöschungsermittlungseinheit 5b ermittelt, dass ein Ausblasen bzw. Verlöschen aufgetreten ist, wenn der elektrische Sekundärstrom während einer Ermittlungsphase unter einen vorbestimmten Schwellenwert Ia fällt; die Ermittlungsphase entspricht einer vorbestimmten Zeitphase ΔT ausgehend von dem Start einer Funkenentladung durch die Hauptzündungsschaltung 3. Die Verlöschungsermittlungseinheit 5b ist in der ECU 5 vorgesehen.
  • Darüber hinaus erzeugt die Energieeingabe-Befehlseinheit 5a basierend auf dem Ermittlungsergebnis von der Verlöschungsermittlungseinheit 5b sowohl das Dauerentladungssignal IGW als auch das Befehlssignal IGA für den elektrischen Sekundärstrom und sendet diese zu der Energieeingabeschaltung 4.
  • Insbesondere wenn ermittelt wird, das während der Hauptzündung ein Verlöschen aufgetreten ist, erzeugt die Energieeingabe-Befehlseinheit 5a das Dauerentladungssignal IGW, um die kontinuierliche Funkenentladung in dem nächsten Zyklus (während der nächsten Zündung) durchzuführen; zu der gleichen Zeit stellt die Energieeingabe-Befehlseinheit 5a einen elektrischen Stromwert, welcher durch Addieren eines vorbestimmten elektrischen Stromwerts α zu dem vorbestimmten Schwellenwert Ia erhalten wird, als den Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom bei der kontinuierlichen Funkenentladung in dem nächsten Zyklus ein.
  • Mit Bezug auf 2 ist der Betrieb und die Ausblas- bzw. Verlöschungsermittlung der Zündvorrichtung genauer beschrieben. Zusätzlich nimmt der elektrische Stromwert in dem Zeitdiagramm des elektrischen Sekundärstroms in Richtung hin zu der negativen Seite zu.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise unter einer vorbestimmten Betriebsbedingung das Dauerentladungssignal IGW nach dem Initial-Zündsignal IGT auf einem niedrigen Niveau ausgegeben, um lediglich die Hauptzündung durchzuführen, ohne die kontinuierliche Funkenentladung durchzuführen.
  • Bei der Verlöschungsermittlungseinheit 5b wird der Erfassungswert des elektrischen Sekundärstroms eingegeben, welcher durch den Erfassungswiderstand 16 für den elektrischen Strom erfasst wird. Wenn der Erfassungswert des elektrischen Sekundärstroms während der vorbestimmten Zeitphase ΔT (nachfolgend als Ermittlungsphase ΔT zu bezeichnen) ausgehend von dem Start der Funkenentladung durch die Hauptzündungsschaltung 3 (das heißt, ausgehend von dem Abfallen des Zündsignals IGT) unter den vorbestimmten Schwellenwert Ia fällt, ermittelt die Verlöschungsermittlungseinheit 5b, dass ein Verlöschen aufgetreten ist. Zusätzlich wird der elektrische Sekundärstrom im Wesentlichen linear schwächer, wie in 6 gezeigt ist, wenn während der Abschwächung des elektrischen Sekundärstroms bei der Hauptzündung kein Verlöschen aufgetreten ist.
  • Die Ermittlungsphase ΔT ist derart eingestellt, dass die Ermittlungsphase ΔT umso kürzer ist, je höher die Maschinendrehzahl ist. Die Ermittlungsphase ΔT ist beispielsweise basierend auf einem in 3 gezeigten Kennfeld eingestellt.
  • Ferner gibt die Energieeingabe-Befehlseinheit 5a das Dauerentladungssignal IGW nach dem Zündsignal in dem nächsten Zyklus auf einem hohen Niveau aus, wenn ermittelt wird, dass während der Hauptzündung ein Verlöschen aufgetreten ist, wodurch die Energieeingabeschaltung 4 angewiesen wird, die kontinuierliche Funkenentladung durchzuführen.
  • Darüber hinaus stellt die Energieeingabe-Befehlseinheit 5a den elektrischen Stromwert, welcher durch Addieren des vorbestimmten elektrischen Stromwerts α zu dem vorbestimmten Schwellenwert Ia erhalten wird, beim Durchführen der kontinuierlichen Funkenentladung in dem nächsten Zyklus als den Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom ein; anschließend erzeugt die Energieeingabe-Befehlseinheit 5a das Befehlssignal IGA für den elektrischen Sekundärstrom und sendet dieses zu der Energieeingabeschaltung 4. Zusätzlich nimmt der elektrische Stromwert α mit der Maschinendrehzahl zu.
  • (Vorteilhafte Effekte der ersten Ausführungsform)
  • Die Zündvorrichtung der ersten Ausführungsform umfasst die Verlöschungsermittlungseinheit 5b. Die Verlöschungsermittlungseinheit 5b ermittelt, dass ein Verlöschen aufgetreten ist, wenn der elektrische Sekundärstrom während der Ermittlungsphase unter den vorbestimmten Schwellenwert Ia fällt; die Ermittlungsphase entspricht einer vorbestimmten Zeitphase ΔT ausgehend von dem Start einer Funkenentladung durch die Hauptzündungsschaltung 3. Wenn ermittelt wird, dass während der Hauptzündung (Voll-Transistorzündung) ein Verlöschen aufgetreten ist, findet ferner eine Steuerung statt, um die kontinuierliche Funkenentladung nach der Hauptzündung in dem nächsten Zyklus durchzuführen. Darüber hinaus wird der Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom beim Durchführen der kontinuierlichen Funkenentladung auf einen elektrischen Stromwert eingestellt, welcher durch Addieren des vorbestimmten elektrischen Stromwerts α zu dem vorbestimmten Schwellenwert Ia erhalten wird.
  • Folglich ist es in dem nächsten Zyklus möglich, ein Verlöschen zuverlässig zu verhindern, wodurch eine Fehlzündung zuverlässig verhindert wird.
  • Darüber hinaus existieren Fälle, in welchen aufgrund von Differenzen zwischen individuellen Maschinen, einer Variation zwischen Zylindern und einer Alterungsverschlechterung ein Verlöschen in einem Hauptzündungsbereich auftritt. In diesen Fällen ist es möglich, das Verlöschen in dem Hauptzündungsbereich zu erfassen und die kontinuierliche Funkenentladung automatisch einzusetzen, wodurch jede individuelle Maschine in einem optimalen Zustand gehalten wird.
  • Zusätzlich entspricht der Hauptzündungsbereich einem vorbestimmten Bereich von Betriebsbedingungen, welcher gemäß der Maschinendrehzahl, der Maschinenlast oder dergleichen als ein Bereich eingestellt ist, in welchem ein Verlöschen schwer auftritt, wenn lediglich die Hauptzündung durchgeführt wird, und daher, in welchem lediglich die Hauptzündung durchgeführt wird.
  • Darüber hinaus ist der elektrische Stromwert α derart eingestellt, dass der elektrische Stromwert α umso größer ist, je höher die Maschinendrehzahl ist.
  • Wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit einer Gasströmung um die Zündkerze 1 ebenso niedrig; dadurch ist es nach wie vor möglich, ein Verlöschen in dem nächsten Zyklus ausreichend zu verhindern, auch wenn der elektrische Stromwert α klein ist. Wenn im Gegensatz dazu die Maschinendrehzahl hoch ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung um die Zündkerze 1 ebenso hoch; dadurch ist es notwendig, den elektrischen Stromwert α zu erhöhen, um ein Verlöschen zuverlässig zu verhindern.
  • Entsprechend ist es durch Einstellen des elektrischen Stromwerts α, so dass dieser mit der Maschinendrehzahl zunimmt, möglich, einen unnötigen Energieverbrauch in einem Niedrigdrehzahlbereich zu unterdrücken, während ein Verlöschen in einem Hochdrehzahlbereich zuverlässig verhindert wird.
  • Zweite Ausführungsform
  • Eine zweite Ausführungsform ist mit Bezug auf 4 beschrieben. Zusätzlich bezeichnen bei der zweiten Ausführungsform die gleichen Bezugszeichen wie diese bei der ersten Ausführungsform identische funktionelle Komponenten wie diese bei der ersten Ausführungsform.
  • Bei einer Zündvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Energieeingabe-Befehlseinheit 5a ebenso das Dauerentladungssignal IGW, um die kontinuierliche Funkenentladung in dem nächsten Zyklus durchzuführen, wenn ermittelt wird, dass während der kontinuierlichen Funkenentladung ein Verlöschen aufgetreten ist; zu der gleichen Zeit stellt die Energieeingabe-Befehlseinheit 5a einen elektrischen Stromwert, welcher durch Addieren eines vorbestimmten elektrischen Stromwerts α' zu dem vorbestimmten Schwellenwert Ia erhalten wird, als den Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom bei der kontinuierlichen Funkenentladung in dem nächsten Zyklus ein.
  • Das heißt, wenn weiter ermittelt wird, dass in einem Zyklus, in welchem die kontinuierliche Funkenentladung auf die Ermittlung eines Verlöschens bei der Hauptzündung bereits eingesetzt wurde, ein Verlöschen aufgetreten ist, findet eine Steuerung statt, um die kontinuierliche Funkenentladung auch in dem nächsten Zyklus durchzuführen. Darüber hinaus wird der Befehlswert I2a für den elektrischen Sekundärstrom beim Durchführen der kontinuierlichen Funkenentladung in dem nächsten Zyklus auf den elektrischen Stromwert eingestellt, welcher durch Addieren des vorbestimmten elektrischen Stromwerts α' zu dem vorbestimmten Schwellenwert Ia, der für die Verlöschungsermittlung verwendet wird, erhalten wird.
  • Zusätzlich gilt, wie 4 gezeigt, I2a0 als der Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom in dem Zyklus, in welchem ermittelt wird, dass ein Verlöschen aufgetreten ist, und I2a1 als der Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom in dem nächsten Zyklus. Dann kann der Befehlswert I2a1 für den elektrischen Sekundärstrom als ein elektrischer Stromwert angewiesen werden, welcher durch Addieren eines elektrischen Stromwerts β zu dem Befehlswert I2a0 für den elektrischen Sekundärstrom erhalten wird. Der elektrische Stromwert β entspricht einem solchen Wert, welcher die Beziehung: Ia + α' = I2a0 + β erfüllt:
    Darüber hinaus kann der Befehlswert I2a1 für den elektrischen Sekundärstrom in dem nächsten Zyklus einem voreingestellten Wert entsprechen. Das heißt, ein großer elektrischer Stromwert, welcher als der Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom eingesetzt werden soll, wenn ermittelt wird, dass ein Verlöschen aufgetreten ist, kann im Vorhinein als der voreingestellte Wert gehalten werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es ebenso möglich, ein Verlöschen in dem nächsten Zyklus zuverlässig zu verhindern, wodurch eine Fehlzündung zuverlässig verhindert wird.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele gezeigt, bei welchen die Zündvorrichtungen der vorliegenden Erfindung bei einem Ottomotor verwendet werden. Da die Zündfähigkeit von Kraftstoff (insbesondere eines Luft-Kraftstoff-Gemischs) jedoch durch die kontinuierliche Funkenentladung verbessert werden kann, kann eine Zündvorrichtung der vorliegenden Erfindung auch auf Maschinen angewendet werden, welche Ethanol-Kraftstoff oder Mischkraftstoff verwenden. Selbstverständlich ist es nach wie vor möglich, die Zündfähigkeit durch die kontinuierliche Funkenentladung zu verbessern, auch wenn eine Zündvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf eine Maschine angewendet wird, bei welcher ein minderwertiger Kraftstoff verwendet werden kann.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele gezeigt, bei welchen die Zündvorrichtungen der vorliegenden Erfindung bei einer Maschine verwendet werden, welche eine Magerverbrennung ausführen kann. Da es jedoch möglich ist, die Zündfähigkeit durch die kontinuierliche Funkenentladung in einem Verbrennungszustand zu verbessern, welcher sich von der Magerverbrennung unterscheidet, ist die Anwendung einer Zündvorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf eine Magerverbrennungsmaschine beschränkt; stattdessen kann eine Zündvorrichtung der vorliegenden Erfindung ebenso auf eine Maschine angewendet werden, welche keine Magerverbrennung durchführt.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele gezeigt, bei welchen die Zündvorrichtungen der vorliegenden Erfindung bei einer Direkteinspritzmaschine verwendet werden, welche Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einspritzt. Eine Zündvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann jedoch ebenso auf eine Saugrohreinspritzmaschine angewendet werden, welche Kraftstoff auf der stromaufwärtigen Seite eines Einlassventils (in einem Ansaugkanal) in den Einlass einspritzt.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele gezeigt, bei welchen die Zündvorrichtungen der vorliegenden Erfindung bei einer Maschine verwendet werden, die eine Rotationsströmung (Tumble-Strömung oder Drallströmung) des Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Zylinder aktiv erzeugt. Eine Zündvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann jedoch ebenso auf eine Maschine angewendet werden, welche keine Rotationsströmungs-Steuerungsmittel (Tumble-Strömungs-Steuerungsventil oder Drallströmungs-Steuerungsventil) aufweist.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung auf Zündvorrichtungen vom DI-Typ angewendet. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ebenso auf eine Zündvorrichtung vom Verteilertyp, welche die Sekundärspannung zu jeder Zündkerze 1 verteilt, oder auf eine Zündvorrichtung einer Einzylindermaschine (beispielsweise eines Motorrads oder dergleichen), bei welcher eine Verteilung der Sekundärspannung nicht notwendig ist, angewendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zündkerze
    2
    Zündspule
    3
    Hauptzündungsschaltung
    4
    Energieeingabeschaltung
    5
    ECU
    5a
    Energieeingabe-Befehlseinheit
    5b
    Ausblas- bzw. Verlöschungsermittlungseinheit
    7
    Primärspule
    8
    Sekundärspule

Claims (4)

  1. Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die Zündvorrichtung aufweist: eine Hauptzündungsschaltung (3), welche eine Erregungssteuerung einer Primärspule (7) einer Zündspule (2) durchführt, wodurch eine Funkenentladung bei einer Zündkerze (1) hervorgerufen wird; eine Energieeingabeschaltung (4), welche während der durch den Betrieb der Hauptzündungsschaltung (3) gestarteten Funkenentladung elektrische Energie bei der Primärspule (7) eingibt, wodurch auf eine Sekundärspule (8) der Zündspule (2) ein elektrischer Sekundärstrom in der gleichen Richtung aufgebracht wird, wobei die Energieeingabeschaltung (4) den elektrischen Sekundärstrom außerdem auf einem Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom hält, wodurch die durch den Betrieb der Hauptzündungsschaltung (3) gestartete Funkenentladung fortgesetzt wird; und eine Verlöschungsermittlungseinheit (5b), welche ermittelt, dass ein Verlöschen aufgetreten ist, wenn der elektrische Sekundärstrom während einer Ermittlungsphase unter einen vorbestimmten Schwellenwert Ia fällt, wobei die Ermittlungsphase einer vorbestimmten Zeitphase ΔT ausgehend von dem Start der Funkenentladung durch die Hauptzündungsschaltung (3) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn basierend auf einem Ermittlungsergebnis der Verlöschungsermittlungseinheit (5b) ermittelt wird, dass während der Funkenentladung durch die Hauptzündungsschaltung (3) ein Verlöschen aufgetreten ist, in einem nächsten Zyklus elektrische Energie durch die Energieeingabeschaltung (4) bei der Primärspule (7) eingegeben wird.
  2. Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ermittelt wird, dass während der Funkenentladung durch die Hauptzündungsschaltung (3) ein Verlöschen aufgetreten ist, der Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom bei der Energieeingabe durch die Energieeingabeschaltung (4) in dem nächsten Zyklus einem elektrischen Stromwert entspricht, welcher durch Addieren eines vorbestimmten elektrischen Stromwerts zu dem vorbestimmten Schwellenwert Ia erhalten wird.
  3. Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ermittelt wird, dass während einer kontinuierlichen Funkenentladung ein Verlöschen aufgetreten ist, die der Funkenentladung entspricht, welche durch die Energieeingabe durch die Energieeingabeschaltung (4) in dem Zyklus nach der Ermittlung des Auftretens eines Verlöschens während der Funkenentladung durch die Hauptzündungsschaltung (3) fortgesetzt wird, die Energieeingabe durch die Energieeingabeschaltung (4) in einem auf den Zyklus folgenden Zyklus außerdem mit dem Befehlswert für den elektrischen Sekundärstrom durchgeführt wird, der auf einen elektrischen Stromwert eingestellt ist, welcher durch Addieren eines vorbestimmten elektrischen Stromwerts zu dem vorbestimmten Schwellenwert Ia erhalten wird.
  4. Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte elektrische Stromwert derart eingestellt ist, dass der vorbestimmte elektrische Stromwert umso größer ist, je höher die Maschinendrehzahl ist.
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