DE112019004778T5

DE112019004778T5 - Steuervorrichtung für brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112019004778T5
Application number: DE112019004778.7T
Authority: DE
Inventors: Eiichirou OOHATA
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2021-09-09
Also published as: JP7077420B2; US11466657B2; JPWO2020085042A1; US20210396201A1; WO2020085042A1

Abstract

Zur Verhinderung eines von einer Zündkerze verursachten Aussetzers der Zündung bei gleichzeitiger Verhinderung des Verschleißes einer Elektrode der Zündkerze in einer Brennkraftmaschine. Eine Steuervorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine umfasst eine Zündsteuereinheit, die eine Erregung einer Zündspule 300 steuert, die elektrische Energie an eine Zündkerze 200 anlegt, die sich im Zylinder 150 einer Brennkraftmaschine 100 entlädt, um einen Kraftstoff zu zünden. Die Zündsteuereinheit sendet vor einem dielektrischen Durchschlag zwischen Elektroden der Zündkerze 200 kontinuierlich ein erstes Impulssignal (Impulssignal für die Koronaentladung) an eine mit der Zündspule 300 verbundene Zündeinrichtung und sendet nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 ein zweites Impulssignal (Impulssignal für die Bogenentladung) an die Zündeinrichtung, um die Erregung der Zündspule 300 zu steuern. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Zeitraum des Impulssignals für die Koronaentladung kürzer als ein Zeitraum des Impulssignals für die Bogenentladung.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Technischer Hintergrund
Zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs wurde in den letzten Jahren eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine entwickelt, die ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine durch Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, das magerer als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ein Verfahren zum Ansaugen eines Teiles eines Abgases nach erfolgter Verbrennung zwecks dessen Rücksaugung oder dergleichen verwendet.
In dieser Art von Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine weicht eine Kraftstoff- oder Luftmenge in einer Brennkammer von einem theoretischen Wert ab, so dass die Wahrscheinlichkeit besteht, dass bei der Zündung des Kraftstoffs durch eine Zündkerze ein Aussetzer auftritt. Deshalb gibt es ein Verfahren, bei dem eine in einem Elektrodenbereich der Zündkerze erzeugte Wärmemenge durch Erhöhung eines Entladestroms der Zündkerze erhöht wird, um den Zündaussetzer zu verhindern. Die Erhöhung des Entladestroms der Zündkerze begünstigt jedoch der Verschleiß einer Elektrode der Zündkerze und verkürzt die Lebensdauer der Zündkerze.
PTL 1 beschreibt eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die beim Versagen eines Energieladesystems einen Entladestrom einer Zündkerze reduziert, indem sie unmittelbar vor der Zündung eine Koronaentladung ausführt und so eine dielektrische Durchschlagspannung zwischen den Elektroden der Zündkerze reduziert.
Liste der Anführungen
Patentliteratur
PTL 1: JP 2002-303238 A
Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Ein Entladestrom für die Kondensatorzündung, der nur kurzzeitig bei Entladebeginn in einer Zündkerze fließt, weist einen höheren Spitzenwert auf als ein anschließend fließender Entladestrom für die Induktionszündung. Zur Verhinderung eines durch die Zündkerze verursachten Aussetzers der Kraftstoffzündung bei gleichzeitiger Verhinderung des Verschleißens einer Elektrode der Zündkerze ist es deshalb notwendig, den Entladestrom für die Kondensatorzündung zu reduzieren und den Entladestrom für die Induktionszündung in Abhängigkeit von einem Zustand eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Brennkammer entsprechend zu steuern. Obwohl die in PTL 1 offenbarte Technik eine Reduzierung des Entladestroms für die Kondensatorzündung ermöglicht, ist eine entsprechende Steuerung des Entladestroms für die Induktionszündung nicht möglich.
Die vorliegende Erfindung erfolgt deshalb unter Berücksichtigung der Aufgaben und ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht in der Verhinderung eines von einer Zündkerze verursachten Aussetzers der Zündung eines Kraftstoffs bei gleichzeitiger Verhinderung des Verschleißes einer Elektrode der Zündkerze in einer Brennkraftmaschine.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht in der Schätzung einer Strömungsgeschwindigkeit eines Luft-Kraftstoff-Gemischs mit hoher Genauigkeit unabhängig von einem Zustand einer Brennkraftmaschine und von einem Zustand des Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Zylinder.
Technische Lösung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, die umfasst: eine Zündsteuereinheit, welche die Erregung einer Zündspule steuert, die elektrische Energie an eine Zündkerze anlegt, die sich in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine entlädt, um einen Kraftstoff zu zünden, wobei die Zündsteuereinheit vor dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze ein erstes Impulssignal kontinuierlich an eine mit der Zündspule verbundene Zündeinrichtung sendet und nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze ein zweites Impulssignal kontinuierlich an die mit der Zündspule verbundene Zündeinrichtung sendet, um die Erregung der Zündspule zu steuern, und ein Zeitraum des ersten Impulssignals kürzer ist als ein Zeitraum des zweiten Impulssignals.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, die umfasst: eine Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit, die eine Strömungsgeschwindigkeit eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine schätzt, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit die Strömungsgeschwindigkeit auf Grundlage eines Entladestroms und/oder einer Entladespannung einer Zündkerze schätzt, die sich im Zylinder entlädt, um einen Kraftstoff zu zünden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen von einer Zündkerze verursachten Aussetzer der Zündung zu verhindern und dabei das Verschleißen einer Elektrode der Zündkerze in einer Brennkraftmaschine zu verhindern. Ferner ist es möglich, eine Strömungsgeschwindigkeit eines Luft-Kraftstoff-Gemischs mit hoher Genauigkeit zu schätzen, unabhängig von einem Zustand einer Brennkraftmaschine und einem Zustand des Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Zylinder.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht zur Darstellung der Hauptausgestaltungen einer Brennkraftmaschine und einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine teilvergrößerte Ansicht einer Zündkerze.
3 ist ein Funktionsblockschaltbild zur Darstellung einer funktionalen Ausgestaltung einer Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
4 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Stromkreises mit einer Zündspule gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms zur Darstellung einer Ausgabezeit eines Zündsignals gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens zur Einstellung jedes Einstellwertes durch eine Zündsteuereinheit.
7 ist ein Beispiel eines Flussdiagramms zur Darstellung eines Verfahrens zur Ansteuerung einer Zündkerze durch eine Zündsteuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform.
8 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms zur Darstellung eines Ausgabeverfahrens eines Zündsignals bei Durchführung einer kontinuierlichen Zündung.
9 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms zur Darstellung eines Ausgabeverfahrens eines Zündsignals beim Auftreten einer Unterbrechung der Bogenentladung nach dielektrischem Durchschlag.
10 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms zur Darstellung des Ausgabeverfahrens eines Zündsignals entsprechend einer nach dielektrischem Durchschlag abgelaufenen Zeitspanne.
11 ist ein Funktionsblockschaltbild zur Darstellung einer funktionalen Ausgestaltung einer Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
12 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Stromkreises mit einer Zündspule gemäß der zweiten Ausführungsform.
13 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Strömungsgeschwindigkeitsschätzverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform.
14 ist ein Beispiel eines Flussdiagramms zur Darstellung eines Verfahrens zur Steuerung der Zündspule gemäß der zweiten Ausführungsform.
15 ist ein Beispiel eines Flussdiagramms zur Darstellung eines Verarbeitungsprozesses zur Schätzung der Strömungsgeschwindigkeit.

Beschreibung von Ausführungsformen
-Erste Ausführungsform-
Nachstehend wird eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Im Folgenden wird eine Steuervorrichtung 1 beschrieben, die eine Betriebsart der Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform ist. In dieser Ausführungsform wird ein beispielhafter Fall beschrieben, bei dem die Steuervorrichtung 1 die Entladung (Zündung) einer in jedem Zylinder 150 einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine 100 vorgesehenen Zündkerze 200 steuert.
Nachfolgend wird in der Ausführungsform eine Kombination von einigen oder sämtlichen Ausgestaltungen der Brennkraftmaschine 100 und einigen oder sämtlichen Ausgestaltungen der Steuervorrichtung 1 als Steuervorrichtung 1 der Brennkraftmaschine 100 bezeichnet.
Brennkraftmaschine
1 ist eine Ansicht zur Darstellung der Hauptausgestaltungen der Brennkraftmaschine 100 und einer Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
2 ist eine teilvergrößerte Ansicht zur Darstellung der Elektroden 210 und 220 der Zündkerze 200.
In der Brennkraftmaschine 100 strömt von draußen angesaugte Luft durch einen Luftfilter 110, ein Ansaugrohr 111 und ein Ansaugsammelrohr 112 und strömt in jeden Zylinder 150, wenn ein Einlassventil 151 geöffnet ist. Eine in jeden Zylinder 150 einströmende Luftmenge wird durch ein Drosselventil 113 reguliert und die durch das Drosselventil 113 regulierte Luftmenge wird von einem Durchflussmengensensor 114 gemessen.
Das Drosselventil 113 ist mit einem Drosselöffnungssensor 113a versehen, der eine Öffnung einer Drosselklappe erfasst. Die vom Drosselöffnungssensor 113a erfasste Öffnungsinformation des Drosselventils 113 wird an die Steuervorrichtung (Elektronische Steuereinheit: ECU) 1 ausgegeben.
Als Drosselventil 113 wird ein elektromotorisch betätigtes Drosselventil verwendet. Es kann jedoch ein beliebiges Ventil verwendet werden, so lange eine Luftdurchflussmenge zweckmäßig reguliert werden kann.
Eine Temperatur eines in jeden Zylinder 150 einströmenden Gases wird durch einen Ansauglufttemperatursensor 115 erfasst.
Ein Kurbelwinkelsensor 121 ist radial außerhalb eines an einer Kurbelwelle 123 befestigten Zahnkranzes 120 vorgesehen. Der Kurbelwinkelsensor 121 erfasst einen Drehwinkel der Kurbelwelle 123. In der Ausführungsform erfasst der Kurbelwinkelsensor 121 den Drehwinkel der Kurbelwelle 123 beispielsweise alle 10° und jeden Verbrennungszyklus.
Ein Wassertemperatursensor 122 ist in einem Wassermantel (nicht dargestellt) eines Zylinderkopfes vorgesehen. Der Wassertemperatursensor 122 erfasst eine Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine 100.
Das Fahrzeug umfasst zudem einen Fahrpedalstellungssensor (APS) 126, der einen Auslenkungsbetrag (Betätigungsbetrag) eines Fahrpedals 125 erfasst. Der Fahrpedalstellungssensor 126 erfasst ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment. Das vom Fahrpedalstellungssensor 126 erfasste fahrerseitig angeforderte Drehmoment wird an die später noch beschriebene Steuervorrichtung 1 ausgegeben.
Die Steuervorrichtung 1 steuert das Drosselventil 113 auf Grundlage dieses angeforderten Drehmoments an.
Ein in einem Kraftstofftank 130 gespeicherter Kraftstoff wird von einer Kraftstoffpumpe 131 angesaugt und mit Druck beaufschlagt, strömt dann durch eine Kraftstoffleitung 133, in der ein Druckregler 132 vorgesehen ist, und wird zu einem Kraftstoffeinspritzventil (Injektor) 134 geführt. Der von der Kraftstoffpumpe 131 abgegebene Kraftstoff wird vom Druckregler 132 auf einen vorherbestimmten Druck eingestellt und wird aus dem Kraftstoffeinspritzventil (Injektor) 134 in jeden Zylinder 150 eingespritzt. Infolge der Druckregulierung durch den Druckregler 132 wird überschüssiger Kraftstoff über eine Rücklaufleitung (nicht dargestellt) zum Kraftstofftank 130 zurückgeführt.
Der Zylinderkopf (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 100 umfasst einen Verbrennungsdrucksensor (CPS, auch bezeichnet als Zylinderdrucksensor) 140. Der Verbrennungsdrucksensor 140 ist in jedem Zylinder 150 vorgesehen und erfasst einen Druck (Verbrennungsdruck) im Zylinder 150.
Als Verbrennungsdrucksensor 140 kann ein piezoelektrischer oder manometrischer Drucksensor verwendet werden, um so den Verbrennungsdruck (Zylinderdruck) im Zylinder 150 über einen breiten Temperaturbereich zu erfassen.
An jedem Zylinder 150 sind ein Auslassventil 152 und ein Abgassammelrohr 160, das das Gas (Abgas) nach der Verbrennung aus dem Zylinder 150 herausführt, angebracht. An einer Abgasseite des Abgassammelrohrs 160 ist ein Dreiwegekatalysator 161 angebracht. Bei offenem Auslassventil 152 wird das Abgas aus dem Zylinder 150 zum Abgassammelrohr 160 ausgetragen. Das Abgas gelangt durch das Abgassammelrohr 160, wird vom Dreiwegekatalysator 161 gereinigt und wird dann in die Atmosphäre ausgetragen.
Ein anströmseitiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 162 ist auf einer Anströmseite des Dreiwegekatalysators 161 vorgeschaltet. Der anströmseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 162 erfasst kontinuierlich ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus jedem Zylinder 150 ausgetragenen Abgases.
Darüber hinaus ist ein abströmseitiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (163) auf einer Abströmseite des Dreiwegekatalysators 161 nachgeschaltet. Der abströmseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 163 gibt in der Nähe eines theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein schalterähnliches Erfassungssignal aus. Der abströmseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 163 ist in der Ausführungsform zum Beispiel ein O₂-Sensor.
Die Zündkerze 200 ist zudem in einem oberen Teilbereich jedes Zylinders 150 vorgesehen. Aufgrund der Entladung (Zündung) der Zündkerze 200 wird ein Funken in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 150 entzündet, es erfolgt eine Explosion im Zylinder 150 und ein Kolben 170 wird nach unten gedrückt. Wenn der Kolben 170 nach unten gedrückt wird, dreht sich die Kurbelwelle 123.
Eine Zündspule 300, die eine an die Zündkerze 200 geführte elektrische Energie (Spannung) erzeugt, ist mit der Zündkerze 200 verbunden. Die Entladung wird zwischen einer mittleren Elektrode 210 und einer äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 (siehe 2) durch die in der Zündspule 300 generierte Spannung erzeugt.
Wie in 2 dargestellt, wird die mittlere Elektrode 210 in der Zündkerze 200 von einem Isolator 230 in einem isolierten Zustand getragen. An diese mittlere Elektrode 210 wird eine vorherbestimmte Spannung (in der Ausführungsform zum Beispiel 20.000 V bis 40.000 V) angelegt.
Die äußere Elektrode 220 liegt auf Masse. Wird eine vorherbestimmte Spannung an die mittlere Elektrode 210 angelegt, erfolgt die Entladung (Zündung) zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220.
In der Zündkerze 200 kommt es infolge eines Zustands eines zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 vorliegenden Gases oder des Zylinderdrucks zu einem dielektrischen Durchschlag einer Gaskomponente und es ändert sich die Spannung, bei der die Entladung (Zündung) erzeugt wird. Die Spannung, bei der dieser Durchschlag erzeugt wird, wird als dielektrische Durchschlagspannung bezeichnet.
Eine Entladesteuerung (Zündsteuerung) der Zündkerze 200 wird über eine später noch beschriebene Zündsteuereinheit 83 der Steuervorrichtung 1 durchgeführt.
Wie unter Rückverweis auf 1 zu sehen, wird ein Ausgangssignal aus verschiedenen oben beschriebenen Sensoren, wie dem Drosselöffnungssensor 113a, dem Durchflussmengensensor 114, dem Kurbelwinkelsensor 121, dem Fahrpedalstellungssensor 126, dem Wassertemperatursensor 122, dem Verbrennungsdrucksensor 140 oder dergleichen, an die Steuervorrichtung 1 ausgegeben. Die Steuervorrichtung 1 erfasst einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 anhand der Ausgangssignale dieser verschiedenen Sensoren und steuert eine in den Zylinder 150 gesendete Luftmenge, eine Kraftstoffeinspritzmenge, einen Zündzeitpunkt der Zündkerze 200 oder dergleichen.
Hardware-Ausgestaltung der Steuervorrichtung
Als nächstes wird die gesamte Ausgestaltung der Hardware der Steuervorrichtung 1 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Steuervorrichtung 1 eine analoge Eingangseinheit 10, eine digitale Eingangseinheit 20, eine Analog-Digital-(A/D)-Wandlereinheit 30, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 40 und eine Mikroprozessoreinheit (MPU) 50, einen Festwertspeicher (ROM) 60, einen Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Port 70 und eine Ausgangsschaltung 80.
Analoge Ausgangssignale von verschiedenen Sensoren, wie dem Drosselöffnungssensor 113a, dem Durchflussmengensensor 114, dem Fahrpedalstellungssensor 126, dem anströmseitgen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 162, dem abströmseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 163, dem Verbrennungsdrucksensor 140 und dem Wassertemperatursensor 122, werden in die analoge Eingangseinheit 10 eingegeben.
Die A/D-Wandlereinheit 30 ist mit der analogen Eingangseinheit 10 verbunden. Die in die analoge Eingangseinheit 10 eingegebenen analogen Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren werden einer Signalverarbeitung wie einer Entrauschung unterzogen, dann durch die A/D-Wandlereinheit 30 in digitale Signale umgewandelt und im RAM 40 gespeichert.
Das digitale Ausgangssignal vom Kurbelwinkelsensor 121 wird in die digitale Eingangseinheit 20 eingegeben.
Der I/O-Port 70 ist mit der digitalen Eingangseinheit 20 verbunden, und das in die digitale Eingangseinheit 20 eingegebene Ausgangssignal wird über den 1/0-Port 70 im RAM 40 gespeichert.
Jedes im RAM 40 gespeicherte Ausgangssignal wird von der MPU 50 rechnerisch verarbeitet.
Die MPU 50 führt ein im ROM 60 gespeichertes Steuerprogramm (nicht dargestellt) aus, um das im RAM 40 gespeicherte Ausgangssignal entsprechend dem Steuerprogramm rechnerisch zu verarbeiten. Die MPU 50 berechnet einen Steuerwert, der einen Betätigungsbetrag jedes Aktors (zum Beispiel des Drosselventils 113, des Druckreglers 132, der Zündkerze 200 und so weiter) definiert, der die Brennkraftmaschine 100 entsprechend dem Steuerprogramm ansteuert und den Steuerwert temporär im RAM 40 speichert.
Der Steuerwert, der im RAM 40 gespeichert wird und den Betätigungsbetrag des Aktors definiert, wird über den I/O-Port 70 an die Ausgangsschaltung 80 ausgegeben.
Die Ausgangsschaltung 80 weist eine Funktion der Zündsteuereinheit 83 auf (siehe 3), welche die an die Zündkerze 200 angelegte Spannung steuert.
Funktionsblock der Steuervorrichtung
Nun wird eine funktionale Ausgestaltung der Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
3 ist ein Funktionsblockschaltbild zur Darstellung der funktionalen Ausgestaltung der Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Zum Beispiel wird jede Funktion der Steuervorrichtung 1 durch die Ausgangsschaltung 80 realisiert, wenn die MPU 50 das im ROM 60 gespeicherte Steuerprogramm ausführt.
Wie in 3 dargestellt, umfasst die Ausgangsschaltung 80 der Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Gesamtsteuereinheit 81, eine Kraftstoffeinspritzsteuereinheit 82 und die Zündsteuereinheit 83.
Die Gesamtsteuereinheit 81 ist mit dem Fahrpedalstellungssensor 126 und dem Verbrennungsdrucksensor 140 (CPS) verbunden und empfängt ein angefordertes Drehmoment (Beschleunigungssignal S1) vom Fahrpedalstellungssensor 126 und ein Ausgangssignal S2 vom Verbrennungsdrucksensor 140.
Die Gesamtsteuereinheit 81 steuert die Kraftstoffeinspritzsteuereinheit 82 und die Zündsteuereinheit 83 im Ganzen auf Grundlage des angeforderten Drehmoments (Beschleunigungssignal S1) vom Fahrpedalstellungssensor 126 und des Ausgangssignals S2 vom Verbrennungsdrucksensor 140.
Die Kraftstoffeinspritzsteuereinheit 82 ist verbunden mit einer Zylinderbestimmungseinheit 84, die jeden Zylinder 150 der Brennkraftmaschine 100 bestimmt, einer Winkelinformationserzeugungseinheit 85, die einen Kurbelwinkel der Kurbelwelle 123 misst, und einer Drehzahlinformationserzeugungseinheit 86, die eine Motordrehzahl misst, und empfängt Zylinderbestimmungsinformationen S3 aus der Zylinderbestimmungseinheit 84, Kurbelwinkelinformationen S4 aus der Winkelinformationserzeugungseinheit 85 und Motordrehzahlinformationen S5 aus der Drehzahlinformationserzeugungseinheit 86.
Die Kraftstoffeinspritzsteuereinheit 82 ist ferner verbunden mit einer Ansaugmengenmesseinheit 87, die eine Ansaugmenge der in den Zylinder 150 angesaugten Luft misst, einer Lastinformationserzeugungseinheit 88, die eine Motorlast misst, und einer Wassertemperaturmesseinheit 89, die eine Temperatur von Motorkühlwasser misst, und empfängt Ansaugluftmengeninformationen S6 aus der Ansaugmengenmesseinheit 87, Motorlastinformationen S7 aus der Lastinformationserzeugungseinheit 88 und Kühlwassertemperaturinformationen S8 aus der Wassertemperaturmesseinheit 89.
Die Kraftstoffeinspritzsteuereinheit 82 berechnet anhand der empfangenen Informationen eine vom Kraftstoffeinspritzventil 134 einzuspritzende Kraftstoffeinspritzmenge und eine Einspritzzeit (Kraftstoffeinspritzventilsteuerungsinformation S9) und steuert anhand der berechneten Kraftstoffeinspritzmenge und Einspritzzeit das Kraftstoffeinspritzventil 134 an.
Außer mit der Gesamtsteuereinheit 81 ist die Zündsteuereinheit 83 zusätzlich mit der Zylinderbestimmungseinheit 84, der Winkelinformationserzeugungseinheit 85, der Drehzahlinformationserzeugungseinheit 86, der Lastinformationserzeugungseinheit 88 und der Wassertemperaturmesseinheit 89 verbunden und empfängt von diesen alle jeweiligen Informationen.
Die Zündsteuereinheit 83 berechnet anhand der empfangenen Informationen eine Strommenge (Erregungswinkel) zur Erregung einer Primärspule (nicht dargestellt) der Zündspule 300, eine Startzeit der Erregung und einen Zeitpunkt (Zündzeitpunkt), an dem der Strom zur Erregung der Primärspule abgeschaltet wird.
Die Zündsteuereinheit 83 gibt anhand des berechneten Erregungswinkels, der berechneten Erregungsstartzeit und des berechneten Zündzeitpunkts ein Zündsignal SA an eine Primärspule 310 der Zündspule 300 aus, um durch die Zündkerze 200 eine Entladesteuerung (Zündsteuerung) durchzuführen.
Mindestens eine Funktion der Zündsteuereinheit 83 zur Steuerung der Zündung der Zündkerze 200 mit Hilfe des Zündsignals SA entspricht der Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine der vorliegenden Erfindung.
Stromkreis der Zündspule
Als nächstes wird ein Stromkreis 400 mit der Zündspule 300 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
4 ist eine Ansicht zur Darstellung des Stromkreises 400 mit der Zündspule 300 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Zündspule 300 im Stromkreis 400 ist so ausgelegt, dass sie die mit einer vorherbestimmten Wicklungszahl gewickelte Primärspule 310 und eine Sekundärspule 320, die mit einer größeren Wicklungszahl als die Primärspule 310 gewickelt ist, umfasst.
Ein Ende der Primärspule 310 ist mit einer Gleichstromversorgung 330 verbunden. Infolgedessen wird eine vorherbestimmte Spannung (in der Ausführungsform zum Beispiel 12 V) an die Primärspule 310 angelegt. In einem Verbindungsweg zwischen der Gleichstromversorgung 330 und der Primärspule 310 ist eine Ladungsmengenerfassungseinheit 350 vorgesehen. Die Ladungsmengenerfassungseinheit 350 erfasst die Spannung und den Strom, die an die Primärspule 310 angelegt werden, und sendet die erfasste Spannung und den erfassten Strom an die Zündsteuereinheit 83.
Das andere Ende der Primärspule 310 ist mit einer Zündeinrichtung 340 verbunden und über die Zündeinrichtung 340 geerdet. Für die Zündeinrichtung 340 wird ein Feldeffekttransistor (FET) oder dergleichen verwendet.
Ein Basis(B)-Anschluss der Zündeinrichtung 340 ist mit der Zündsteuereinheit 83 verbunden. Das aus der Zündsteuereinheit 83 ausgegebene Zündsignal SA wird in den Basis(B)-Anschluss der Zündeinrichtung 340 eingegeben. Mit Eingabe des Zündsignals SA in den Basis(B)-Anschluss der Zündeinrichtung 340 werden ein Kollektor(C)-Anschluss und ein Emitter(E)-Anschluss der Zündeinrichtung 340 bestromt und es fließt ein Strom zwischen dem Kollektor(K)-Anschluss und dem Emitter(E)-Anschluss. Dementsprechend wird das Zündsignal SA von der Zündsteuereinheit 83 über die Zündeinrichtung 340 an die Primärspule 310 der Zündspule 300 ausgegeben und in der Primärspule 310 wird elektrische Leistung (elektrische Energie) akkumuliert.
Wenn die Ausgabe des Zündsignals SA von der Zündsteuereinheit 83 beendet und der durch die Primärspule 310 fließende Strom abgeschaltet wird, wird in der Sekundärspule 320 eine Hochspannung erzeugt, die einem Verhältnis der Wicklungszahl der Spule zur Primärspule 310 entspricht. Durch Anlegen der in der Sekundärspule 320 erzeugten Hochspannung an die Zündkerze 200 (mittlere Elektrode 210) wird eine Potenzialdifferenz zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 erzeugt. Wenn die zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 erzeugte Potenzialdifferenz gleich oder größer als eine dielektrische Durchschlagspannung Vm des Gases (Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 150) ist, erfolgt ein dielektrischer Durchschlag der Gaskomponente, es kommt zu einer Entladung zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 und der Kraftstoff (Luft-Kraftstoff-Gemisch) wird gezündet.
In einem Verbindungsweg zwischen der Sekundärspule 320 und der Zündkerze 200 ist eine Entladungsmengenerfassungseinheit 360 vorgesehen. Die Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfasst die Entladespannung und den Entladestrom und sendet die erfasste Entladespannung und den erfassten Entladestrom an die Zündsteuereinheit 83.
Die Zündsteuereinheit 83 steuert die Erregung der Zündspule 300 mit Hilfe des Zündsignals SA durch die Betriebsweise des Stromkreises 400 wie oben beschrieben. Im Ergebnis erfolgt die Zündsteuerung zur Steuerung der Zündkerze 200.
Ausgabezeit des Zündsignals
Es folgt nun eine Beschreibung einer Ausgabezeit des Zündsignals SA in Bezug auf das Verfahren zur Erwärmung der Elektrode der Zündkerze 200 gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms zur Darstellung einer Ausgabezeit des Zündsignals SA gemäß der ersten Ausführungsform.
In 5 veranschaulicht ein oberer Zeichnungsteil die EIN/AUS-Schaltung (ON/OFF) des von der Zündsteuereinheit 83 an die Zündspule 300 ausgegebenen Zündsignals SA. Ein mittlerer Zeichnungsteil zeigt eine Entladespannung der Zündspule 300, das heißt eine von der Sekundärspule 320 der Zündspule 300 zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 angelegte Spannung. Diese Entladespannung wird durch die Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfasst und gemäß der obigen Beschreibung in die Zündsteuereinheit 83 eingegeben. Ein unterer Zeichnungsteil zeigt einen Entladestrom der Zündspule 300, das heißt einen entsprechend der Entladespannung durch die Sekundärspule 320 der Zündspule 300 und die Zündkerze 200 fließenden Strom. Ähnlich wie die Entladespannung wird auch der Entladestrom durch die Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfasst und in die Zündsteuereinheit 83 eingegeben. Ein Betrag der Entladespannung der Sekundärspule 300 ist gleich einem Wert, der dadurch ermittelt wird, dass ein Betrag des Entladestroms mit einem Widerstandswert zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 multipliziert wird.
In 5 zeigt ein Zeitpunkt T1 eine Ladungsstartzeit an. Wenn zu diesem Zeitpunkt T1 die Zündsteuereinheit 83 das Zündsignal SA von AUS (OFF) auf EIN (ON) stellt, startet die Gleichstromversorgung 330 die Erregung der Primärspule 310, ein Primärstrom fließt zur Primärspule 310 und somit wird elektrische Leistung in der Zündspule 300 geladen.
Ein Zeitpunkt T2 zeigt eine Startzeit der Koronaentladung an. Zu diesem Zeitpunkt T2 führt die Zündsteuereinheit 83 eine Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA aus und gibt das Zündsignal SA auf Grundlage eines Impulssignals kontinuierlich an die Zündeinrichtung 340 aus. Im Ergebnis wird im Zündsignal SA das Umschalten von ON zu OFF und das Umschalten von OFF zu ON im Wechsel wiederholt.
Beim Umschalten des Zündsignals SA von ON zu OFF wird der Primärstrom in der Primärspule 310 abgeschaltet, die bis dahin geladene elektrische Leistung wird von der Zündspule 300 freigegeben, und es wird elektrische Energie an die Zündkerze geführt 200. Im Ergebnis wird eine Spannung, die der zugeführten elektrischen Energie entspricht, zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äu-ßeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 angelegt. Wird das Zündsignal SA dabei von OFF zu ON umgeschaltet, wird der Primärstrom in der Primärspule 310 wieder erregt und das Laden der Zündspule 300 startet neu.
Die Zündsteuereinheit 83 führt während eines Zeitraums der Koronaentladung vom Zeitpunkt T2 bis zum Zeitpunkt T3 die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA aus. Zu diesem Zeitpunkt steuert die Zündsteuereinheit 83 die Impulsdauer (Pulsweite) des Zündsignals SA dergestalt, dass sich die Entladespannung der Zündspule 300 an einen vorherbestimmten Koronaentladespannungssollwert VC annähert (siehe den mittleren Bereich von 5). Die Koronaentladung in der vorliegenden Ausführungsform ist eine Erscheinung, bei der das Luft-Kraftstoff-Gemisch ionisiert wird, wenn infolge eines teilweisen dielektrischen Durchschlags eine geringe Entladestrommenge zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 fließt. Der Koronaentladespannungssollwert VC ist ein Sollwert der Entladespannung für die Erzeugung dieser Koronaentladung und wird in der Zündsteuereinheit 83 mit einem Wert kleiner als die dielektrische Durchschlagspannung voreingestellt.
Die Zündsteuereinheit 83 führt die obige Steuerung während des Koronaentladungszeitraums aus, um eine Koronaentladung zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 zu erzeugen, und damit vermindert sich allmählich, wie durch die gestrichelte Linie im mittleren Zeichnungsteil von 5 dargestellt, die dielektrische Durchschlagspannung zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200. Im Ergebnis kann ein zum Zeitpunkt der Zündung durch die Zündkerze 200 fließender Entladestrom für die Kondensatorzündung reduziert werden und damit lässt sich ein Höchstwert des Entladestroms reduzieren. Dadurch ist es möglich, den infolge der wiederholten Zündung in der Zündkerze 200 entstehenden Verschleiß der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 zu verhindern.
Der Zeitpunkt T3 zeigt eine Zündzeit an, bei welcher der Koronaentladungszeitraum endet. Zu diesem Zeitpunkt T3 beendet die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation für die Koronaentladung und schaltet das Zündsignal SA von ON zu OFF um. Dann wird der Primärstrom in der Primärspule 310 abgeschaltet, die bis dahin geladene elektrische Leistung wird aus der Zündspule 300 freigegeben und es wird elektrische Energie an die Zündkerze geführt 200. Dementsprechend wird eine Spannung, die der zugeführten elektrischen Energie entspricht, zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 angelegt. Wenn, wie im mittleren Zeichnungsteil von 5 dargestellt, die Entladespannung der Zündspule 300 dann der dielektrischen Durchschlagspannung entspricht, erfolgt der dielektrische Durchschlag zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200, und die Bogenentladung setzt ein.
Mit Beginn der Bogenentladung führt die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA aus und gibt das Zündsignal SA mit einem Impulssignal, das sich vom Impulssignal während der Koronaentladung unterscheidet, kontinuierlich an die Zündeinrichtung 340 aus. Zu diesem Zeitpunkt steuert die Zündsteuereinheit 83 die Impulsdauer des Zündsignals SA dergestalt, dass sich der Entladestrom der Zündspule 300 an einen vorherbestimmten Bogenentladestromsollwert IA annähert (siehe den mittleren Bereich von 5). Die Bogenentladung in der vorliegenden Ausführungsform ist eine Erscheinung, bei welcher der elektrische Durchschlag zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 erfolgt, ein Entladestrom fließt, der größer ist als der Entladestrom zum Zeitpunkt der Koronaentladung, und der Kraftstoff im Luft-Kraftstoffgemisch durch den zu diesem Zeitpunkt erzeugten Funken gezündet wird. Der Bogenentladestromsollwert IA ist ein Sollwert des Entladestroms für eine stabile Fortsetzung dieser Bogenentladung und eine zufriedenstellende Zündung des Kraftstoffs und ist in der Zündsteuereinheit 83 voreingestellt.
Ein Zeitpunkt T4 zeigt eine Beendigungszeit der Pulsweitenmodulation während des Zeitraums der Bogenentladung an. Wenn der Entladestrom der Zündspule 300 zum Zeitpunkt T4 unter den Bogenentladestromsollwert IA absinkt und der Entladestrom nicht mehr auf dem Bogenentladestromsollwert IA gehalten werden kann, beendet die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation und das Zündsignal wird OFF geschaltet. Im Ergebnis endet das Laden der Zündspule 300 und die Entladespannung und der Entladestrom nehmen allmählich ab, wie im mittleren und unteren Darstellungsbereich von 5 entsprechend abgebildet. Wenn die Entladespannung und der Entladestrom danach zum Zeitpunkt T5 auf nahe null sinken, endet die Bogenentladung. Das heißt, ein Zeitraum von Zeitpunkt T3 bis Zeitpunkt T5 ist der Bogenentladungszeitraum und die Pulsweitenmodulation wird im Zeitraum von Zeitpunkt T3 bis Zeitpunkt T4 durchgeführt.
Wie im oberen Bereich von 5 dargestellt, ist der Zeitraum des während des Koronaentladungszeitraums als Zündsignal SA ausgegebenen Impulssignals kürzer als der Zeitraum des während des Bogenentladungszeitraums als Zündsignal SA ausgegebenen Impulssignals. Das liegt darin begründet, dass die Pulsweitenmodulation während des Koronaentladungszeitraums auf Grundlage der Entladespannung durchgeführt wird, während die Pulsweitenmodulation während des Bogenentladungszeitraums auf Grundlage des Entladestroms durchgeführt wird. Im Ergebnis wird während des Koronaentladungszeitraums vor der Zündung die Koronaentladung sicher fortgeführt, um die dielektrische Durchschlagspannung zu reduzieren, und der Maximalwert des während der anschließenden Zündung fließenden Entladestroms wird reduziert und während des Bogenentladungszeitraums nach der Zündung kann der Entladestrom zweckgemäß gesteuert werden. Somit ist es möglich, das Aussetzen der Zündung des Kraftstoffs zu verhindern und dabei gleichzeitig den Verschleiß der mittleren Elektrode 210 oder der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 zu verhindern.
Hier wird die Zündspule 300 im Zeitraum vom Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T4 geladen. In diesem Zeitraum ist ein Zeitraum von Zeitpunkt T1 bis Zeitpunkt T2 vor dem Start der Pulsweitenmodulation ein Ladungszeitraum, in dem die Zündspule 300 kontinuierlich geladen wird. Darüber hinaus ist der Zeitraum von Zeitpunkt T2 bis Zeitpunkt T3 der Koronaentladungszeitraum und während dieses Zeitraums führt die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA aus und dadurch wird die Entladespannung der Zündspule 300 so verstellt, dass sie den Koronaentladespannungssollwert VC erreicht. Zudem ist der Zeitraum von Zeitpunkt T3 bis Zeitpunkt T5 der Bogenentladungszeitraum und in dem Zeitraum von Zeitpunkt T3 bis Zeitpunkt T4 des Bogenentladungszeitraums führt die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA aus und dadurch wird der Entladestrom der Zündspule 300 so verstellt, dass er den Bogenentladestromsollwert IA erreicht. Diese Zeiträume können zum Beispiel ausgehend vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100, von den Zuständen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200, vom Zustand des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 der Brennkraftmaschine 100 oder dergleichen bestimmt werden. Der Koronaentladespannungssollwert VC und der Bogenentladestromsollwert IA können auch ausgehend von mindestens einem von Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100, Zustände der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200, Zustand des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 (Brennraum) der Brennkraftmaschine 100 oder dergleichen bestimmt werden.
6 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens zur Einstellung jedes Einstellwertes durch die Zündsteuereinheit 83. 6 zeigt ein Beispiel von Beziehungen zwischen verschiedenen Einstellzuständen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100, den Elektrodenzustand der Zündkerze 200, den Zustand (Gaszustand im Brennraum) des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 oder dergleichen umfassen, und jedem Einstellwert des Zündzeitpunkts T3, des Koronaentladungszeitraums (T3-T2), des Ladungszeitraums (T2-T1), des Koronaentladespannungssollwerts VC und des Bogenentladestromsollwerts IA.
Die Zündsteuereinheit 83 kann jeden Einstellwert anhand der in 6 abgebildeten Beziehung wie folgt einstellen. Wenn zum Beispiel in der Brennkraftmaschine 100 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Zylinder 150 eingelassenen Luft-Kraftstoff-Gemischs magerer wird, nimmt eine Verbrennungsgeschwindigkeit im Zylinder 150 ab. Entsprechend 6 verschiebt sich deshalb der Zündzeitpunkt T3 nach früher, so dass der Verbrennungsschwerpunkt angeglichen wird. Aufgrund der reduzierten Zündwilligkeit des Kraftstoffs verlängern sich gemäß 6 außerdem der Koronaentladungszeitraum und der Ladungszeitraum und der Koronaentladespannungssollwert VC und der Bogenentladestromsollwert IA erhöhen sich. Im Ergebnis erhöht sich der Koronabetrag, die Entladungsenergie der Zündspule 300 nimmt zu und die Zündwilligkeit des Kraftstoffs wird verbessert. Auch in anderen Fällen ist es möglich, jeden Einstellwert auf die gleiche Weise auf Grundlage der in 6 dargestellten Beziehung einzustellen.
Zudem kann der Koronaentladespannungssollwert VC auf Grundlage der dielektrischen Durchschlagspannung eingestellt werden, die von der Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfasst wird, wenn die Zündkerze 200 die Bogenentladung im vorhergehenden oder früheren Zyklus durchführt. Insbesondere wird, wenn zum Beispiel im vorhergehenden Zyklus eine dielektrische Durchschlagspannung erfasst wird, die einen vorherbestimmten Wert übersteigt, der Koronaentladespannungssollwert VC im vorliegenden Zyklus hoch eingestellt, um die dielektrische Durchschlagspannung entsprechend 6 abzusenken. Wenn hingegen die im vorhergehenden Zyklus erfasste dielektrische Durchschlagspannung zum Beispiel niedriger als der vorherbestimmte Wert ist, wird im vorliegenden Zyklus durch Verminderung des Koronaentladespannungssollwerts VC die dielektrische Durchschlagspannung angehoben und es lässt sich gegebenenfalls verhindern, dass der dielektrische Durchschlag während des Koronaentladungszeitraums vor dem Zündzeitpunkt T3 eintritt und eine fehlerhafte Zündung verursacht.
Steuerungsverfahren der Zündspule
Nun wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Steuerung der Zündspule 300 durch die Zündsteuereinheit 83 beschrieben. 7 ist ein Beispiel eines Flussdiagramms zur Darstellung eines Verfahrens zur Steuerung der Zündspule 300 durch die Zündsteuereinheit 83 gemäß der ersten Ausführungsform. Wenn in der ersten Ausführungsform ein Zündschalter eines Fahrzeugs eingeschaltet wird und die Leistung der Brennkraftmaschine 100 eingeschaltet wird, startet die Zündsteuereinheit 83 die Steuerung der Zündspule 300 gemäß dem Flussdiagramm von 7. Der im Flussdiagramm von 7 gezeigte Verarbeitungsprozess stellt einen Verarbeitungsablauf für einen Zyklus der Brennkraftmaschine 100 dar und die Zündsteuereinheit 83 führt den im Flussdiagramm von 7 abgebildeten Verarbeitungsprozess für jeden Zyklus aus.
In Schritt S101 stellt die Zündsteuereinheit 83 den Ladungszeitraum und den Koronaentladungszeitraum ein. Hierbei werden zum Beispiel durch Heranziehung eines Schließwinkelkennfeldes, das die Werte des voreingestellten Ladungszeitraums für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 und die Beziehung zwischen den Einstellzuständen und jedem Einstellwert abbildet, wie in 6 dargestellt, der Ladungszeitraum und der Koronaentladungszeitraum eingestellt.
In Schritt S102 stellt die Zündsteuereinheit 83 den Koronaentladespannungssollwert VC ein. Hier wird der Koronaentladespannungssollwert VC im vorliegenden Zyklus zum Beispiel auf Grundlage der in 6 dargestellten Beziehung zwischen den Einstellzuständen und dem Koronaentladespannungssollwert VC, oder der im vorhergehenden Zyklus oder im früheren Zyklus erfassten dielektrischen Durchschlagspannung, eingestellt.
In Schritt S103 stellt die Zündsteuereinheit 83 den Bogenentladestromsollwert IA ein. Hier wird, zum Beispiel mit Hilfe der in 6 dargestellten Beziehung zwischen den Einstellzuständen und dem Bogenentladestromsollwert IA, der Bogenentladestromsollwert IA im vorliegenden Zyklus auf Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 100, des Elektrodenzustands der Zündkerze 200 und/oder des Zustands des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 eingestellt.
In Schritt S104 startet die Zündsteuereinheit 83 das Laden der Zündspule 300. Hier wird das Zündsignal SA entsprechend dem in Schritt S101 eingestellten Ladungszeitraum zum Ladungsstartzeitpunkt T1 von OFF auf ON geschaltet, um mit dem Laden der Zündspule 300 zu beginnen.
In Schritt S105 bestimmt die Zündsteuereinheit 83, ob der in Schritt S101 eingestellte Ladungszeitraum nach dem in Schritt S104 gestarteten Laden der Zündspule 300 abgelaufen ist. Wenn der Ladungszeitraum noch nicht abgelaufen ist, bleibt der Prozess in Schritt S105, um das Laden der Zündspule 300 fortzusetzen, und wenn der Ladungszeitraum abgelaufen ist, geht der Prozess zu Schritt S106 über.
In Schritt S106 erfasst die Zündsteuereinheit 83 Informationen über die von der Ladungsmengenerfassungseinheit 350 erfasste Ladungsmenge der Zündspule 300, das heißt Informationen über die Spannung und den Strom, die an der Primärspule 310 in der Zündspule 300 anliegen, und Informationen über die von der Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfasste Entladungsmenge der Zündspule 300, das heißt Informationen über die Spannung und den Strom, die in der Sekundärspule 320 der Zündspule 300 erzeugt werden.
In Schritt S107 startet die Zündsteuereinheit 83 die Ausgabe eines Impulssignals für die Koronaentladung zum Startzeitpunkt T2 der Koronaentladung. Hier wird die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA durchgeführt, so dass sich die Entladespannung an den Koronaentladespannungssollwert VC annähert, der in Schritt S102 auf Grundlage der in Schritt S106 erfassten Informationen über Ladungsmenge und Entladungsmenge eingestellt wurde, und so wird die Impulsdauer des als Zündsignal SA ausgegebenen Impulssignals verstellt. Für die Steuerung wird zu diesem Zeitpunkt zum Beispiel eine Rückführungsregelung verwendet.
In Schritt S108 bestimmt die Zündsteuereinheit 83, ob der in Schritt S101 eingestellte Koronaentladungszeitraum nach der in Schritt S107 gestarteten Ausgabe des Impulssignals für die Koronaentladung abgelaufen ist. Wenn der Koronaentladungszeitraum noch nicht abgelaufen ist, kehrt der Prozess zu Schritt S106 zurück, die Entladespannung wird erfasst und die Ausgabe des Impulssignals für die Koronaentladung wird fortgesetzt. Nach Ablauf des Koronaentladungszeitraums fährt der Prozess mit Schritt S109 fort.
In Schritt S109 schaltet die Zündsteuereinheit 83 das Zündsignal SA zum Zeitpunkt T3 von ON auf OFF und führt die in der Zündspule 300 gespeicherte elektrische Energie an die Zündkerze 200, um die Bogenentladung der Zündkerze 200 zu starten.
In Schritt S110 erfasst die Zündsteuereinheit 83, ähnlich wie in Schritt S106, die Informationen über die von der Ladungsmengenerfassungseinheit 350 erfasste Ladungsmenge der Zündspule 300 und Informationen über die von der Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfasste Entladungsmenge der Zündspule 300. Die in den hier erfassten Informationen über die Entladungsmenge enthaltene Entladespannung wird, wenn der Koronaentladespannungssollwert VC in Schritt S102 im nächsten Zyklus oder später eingestellt wird, als die im vorhergehenden Zyklus oder früheren Zyklus erfasste Durchschlagspannung verwendet.
In Schritt S111 startet die Zündsteuereinheit 83 die Ausgabe eines Impulssignals für die Bogenentladung. Hier wird die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA auf Grundlage der in Schritt S110 erfassten Informationen über die Entladungsmenge durchgeführt, so dass sich die Entladespannung an den in Schritt S103 eingestellten Bogenentladestromsollwert IA annähert, und damit wird die Impulsdauer des als Zündsignal SA ausgegebenen Impulssignals verstellt. Für die Steuerung wird zu diesem Zeitpunkt zum Beispiel eine Rückführungsregelung verwendet.
In Schritt S112 bestimmt die Zündsteuereinheit 83, ob der Entladestrom kleiner als der Bogenentladestromsollwert IA ist und eine Abweichung zwischen dem Entladestrom und dem Bogenentladestromsollwert IA gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist. Wenn die Abweichung kleiner als der vorherbestimmte Wert ist, kehrt der Prozess zu Schritt S110 zurück, der Entladestrom wird erfasst und die Ausgabe des Impulssignals für die Bogenentladung wird fortgesetzt. Ist die Abweichung gleich oder größer als der vorherbestimmte Wert, wird festgestellt, dass der Entladestrom nicht mehr auf dem Bogenentladestromsollwert IA gehalten werden kann, die Ausgabe des Impulssignals wird gestoppt und die Steuerung der Zündspule 300 gemäß dem Flussdiagramm von 7 endet. Im Anschluss daran nimmt die Energie in der Zündspule 300 allmählich ab, und die Entladung der Zündkerze 200 endet zum Entladungsendzeitpunkt T5.
Es folgt nun die Beschreibung eines anderen Verfahrens zur Ausgabe des Zündsignals SA gemäß der ersten Ausführungsform.
Zündsignal-Ausgabeverfahren bei Dauerzündung
8 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms zur Darstellung eines Verfahrens zur Ausgabe des Zündsignals SA im Falle einer Dauerzündung.
In 8 entsprechen die Darstellungen im oberen, mittleren und unteren Bereich jeweils den Darstellungen des in 5 abgebildeten Zeitdiagramms. Das heißt, der obere Zeichnungsbereich zeigt die EIN/AUS-Schaltung des von der Zündsteuereinheit 83 an die Zündspule 300 ausgegebenen Zündsignals SA. Ein mittlerer Zeichnungsbereich zeigt eine Entladespannung der Zündspule 300, das heißt eine von der Sekundärspule 320 der Zündspule 300 zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 angelegte Spannung. Ein unterer Zeichnungsbereich zeigt einen Entladestrom der Zündspule 300, das heißt einen entsprechend der Entladespannung durch die Sekundärspule 320 der Zündspule 300 und die Zündkerze 200 fließenden Strom.
In 8 zeigt ein Zeitpunkt T6 eine erste Ladungsstartzeit an. Wenn zu diesem Zeitpunkt T6 die Zündsteuereinheit 83 das Zündsignal SA von OFF auf ON stellt, startet die Gleichstromversorgung 330 die Erregung der Primärspule 310 und der Primärstrom fließt zur Primärspule 310 und damit wird elektrische Leistung in der Zündspule 300 geladen.
Ein Zeitraum von einem Zeitpunkt T7 bis zu einem Zeitpunkt T8 zeigt einen ersten Koronaentladungszeitraum an. Während dieses Zeitraums führt die Zündsteuereinheit 83, ähnlich wie im Koronaentladungszeitraum (T3-T2) in 5, die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA aus, so dass sich die Entladespannung der Zündspule 300 an den Koronaentladespannungssollwert VC annähert, und gibt das modulierte Zündsignal SA aus.
Der Zeitpunkt T8 zeigt eine Zündzeit an, an welcher der erste Koronaentladungszeitraum endet. Zu diesem Zeitpunkt T8 beendet die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation für die Koronaentladung und schaltet das Zündsignal SA von ON zu OFF um. Dann wird der Primärstrom in der Primärspule 310 abgeschaltet, die bis dahin geladene elektrische Leistung wird aus der Zündspule 300 freigegeben und es wird elektrische Energie zur Zündkerze geführt 200. Ähnlich wie beim Zündzeitpunkt T3 in 5 kommt es zum dielektrischen Durchschlag zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 und die erste Bogenentladung setzt ein.
Beim Start der ersten Bogenentladung führt die Zündsteuereinheit 83, ähnlich wie im Impulssignalausgabezeitraum (T4-T3) während der Bogenentladung in 5, die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA aus, so dass sich die Entladespannung der Zündspule 300 an den Bogenentladestromsollwert IA annähert, und gibt das modulierte Zündsignal SA aus. Danach, wenn der Entladestrom zum Zeitpunkt T9 unter den Bogenentladestromsollwert IA absinkt und der Entladestrom nicht mehr auf dem Bogenentladestromsollwert IA gehalten werden kann, beendet die Zündsteuereinheit 83 vorläufig die Pulsweitenmodulation. Im Ergebnis endet das Laden der Zündspule 300 und die Entladespannung und der Entladestrom nehmen allmählich ab.
Ein Zeitpunkt T10 zeigt eine zweite Ladungsstartzeit an. Wenn zu diesem Zeitpunkt T10 die Zündsteuereinheit 83 das Zündsignal SA von OFF auf ON stellt, kommt es zum Neustart der Erregung der Primärspule 310 durch die Gleichstromversorgung 330, der Primärstrom fließt durch die Primärspule 310 und damit wird elektrische Leistung in der Zündspule 300 geladen.
Nach einem Zeitpunkt T11, wenn das zweite Laden endet, führt die Zündsteuereinheit 83 die gleichen Steuervorgänge wie zu den Zeitpunkten T7 bis T9 aus. Das heißt, ein Zeitraum vom Zeitpunkt T11 bis zu einem Zeitpunkt T12 ist ein zweiter Koronaentladungszeitraum und in diesem Zeitraum führt die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA aus, so dass sich die Entladespannung der Zündspule 300 an den Koronaentladespannungssollwert VC annähert, und gibt das modulierte Zündsignal SA aus. Zu dem Zeitpunkt T12 beendet die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation für die Koronaentladung, schaltet das Zündsignal SA von ON zu OFF um und startet eine zweite Bogenentladung. Dann führt die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA aus, so dass sich der Entladestrom der Zündspule 300 an den Bogenentladestromsollwert IA annähert, und gibt das modulierte Zündsignal SA aus. Wenn der Entladestrom zu einem Zeitpunkt T13 unter den Bogenentladestromsollwert IA absinkt und der Entladestrom nicht mehr auf dem Bogenentladestromsollwert IA gehalten werden kann, beendet die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation. Im Ergebnis nehmen die Entladespannung und der Entladestrom allmählich ab und die Bogenentladung endet.
Die Zündsteuereinheit 83 kann die gleiche Wirkung wie die oben unter Verweis auf 5 beschriebene Wirkungen auch dann erzielen, wenn die Dauerzündung durch den oben beschriebenen Steuervorgang ausgeführt wird. Das heißt, während des Koronaentladungszeitraums vor der Zündung wird die Koronaentladung sicher fortgesetzt, um die dielektrische Durchschlagspannung zu vermindern, und der Maximalwert des während der anschließenden Zündung fließenden Entladestroms nimmt ab und während des Bogenentladungszeitraums nach der Zündung kann der Entladestrom zweckmäßig gesteuert werden. Somit ist es möglich, das Aussetzen der Zündung des Kraftstoffs zu verhindern und dabei gleichzeitig den Verschleiß der mittleren Elektrode 210 oder der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 zu verhindern.
Zündsignal-Ausgabeverfahren bei kurzgeschlossener Entladung 9 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms zur Darstellung eines Ausgabeverfahrens des Zündsignals SA beim Auftreten einer Unterbrechung (Kurzschließung) der Bogenentladung nach dielektrischem Durchschlag.
In 9 entsprechen die Darstellungen im oberen, mittleren und unteren Bereich jeweils den Darstellungen des in 5 abgebildeten Zeitdiagramms. Das heißt, der obere Zeichnungsbereich zeigt die EIN/AUS-Schaltung des aus der Zündsteuereinheit 83 an die Zündspule 300 ausgegebenen Zündsignals SA. Ein mittlerer Zeichnungsbereich zeigt eine Entladespannung der Zündspule 300, das heißt eine von der Sekundärspule 320 der Zündspule 300 zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 angelegte Spannung. Ein unterer Zeichnungsabschnitt zeigt einen Entladestrom der Zündspule 300, das heißt, einen entsprechend der Entladespannung durch die Sekundärspule 320 der Zündspule 300 und die Zündkerze 200 fließenden Strom. Zudem sind die Zeitpunkte T1 bis T5 die gleichen wie in dem in 5 abgebildeten Zeitdiagramm. Das heißt, der Zeitpunkt T1 zeigt die Ladungsstartzeit an, der Zeitpunkt T2 zeigt die Startzeit der Koronaentladung an, der Zeitpunkt T3 zeigt den Zündzeitpunkt an, der Zeitpunkt T4 zeigt die Beendigungszeit der Pulsweitenmodulation während des Bogenentladungszeitraums an und der Zeitpunkt T5 zeigt die Beendigungszeit der Bogenentladung an.
Im Zeitraum vom Zeitpunkt T3 bis zum Zeitpunkt T4, wenn die Zündsteuereinheit 83 eine Lade/Entladesteuerung der Zündspule 300 durch die Pulsweitenmodulation durchführt, so dass sich der Entladestrom der Zündspule 300 an den vorherbestimmten Bogenentladestromsollwert IA annähert, kommt es hier zur Unterbrechung (Kurzschließung) der Bogenentladung. In diesem Fall wird die Zündsteuereinheit 83 so modifiziert, dass sie den Bogenentladestromsollwert IA so erhöht, wie im unteren Zeichnungsbereich dargestellt. Im Ergebnis wird die Bogenentladung neu gestartet und die darauf folgende Bogenentladung kann stabil fortgesetzt werden. Im nächsten und in den nachfolgenden Zyklen kann der modifizierte Bogenentladestromsollwert IA verwendet werden.
Zündsignal-Ausgabeverfahren in Abhängigkeit von der Zeitspanne nach dem dielektrischen Durchschlag
10 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms zur Darstellung des Verfahrens zur Ausgabe des Zündsignals SA entsprechend einer nach dielektrischem Durchschlag verstrichenen Zeitspanne.
In 10 entsprechen die Darstellungen im oberen, mittleren und unteren Bereich jeweils den Darstellungen des in 5 abgebildeten Zeitdiagramms. Das heißt, der obere Zeichnungsbereich zeigt die EIN/AUS-Schaltung des aus der Zündsteuereinheit 83 an die Zündspule 300 ausgegebenen Zündsignals SA. Ein mittlerer Zeichnungsbereich zeigt eine Entladespannung der Zündspule 300, das heißt eine von der Sekundärspule 320 der Zündspule 300 zwischen der mittleren Elektrode 210 und der äußeren Elektrode 220 der Zündkerze 200 angelegte Spannung. Ein unterer Zeichnungsbereich zeigt einen Entladestrom der Zündspule 300, das heißt einen entsprechend der Entladespannung durch die Sekundärspule 320 der Zündspule 300 und die Zündkerze 200 fließenden Strom. Zudem sind die Zeitpunkte T1 bis T5 die gleichen wie in dem in 5 abgebildeten Zeitdiagramm. Das heißt, der Zeitpunkt T1 zeigt die Ladungsstartzeit an, der Zeitpunkt T2 zeigt die Startzeit der Koronaentladung an, der Zeitpunkt T3 zeigt den Zündzeitpunkt an, der Zeitpunkt T4 zeigt die Beendigungszeit der Pulsweitenmodulation während des Bogenentladungszeitraums an und der Zeitpunkt T5 zeigt die Beendigungszeit der Bogenentladung an.
Im Falle von 10, wie im unteren Zeichnungsbereich dargestellt, erhöht die Zündsteuereinheit 83 allmählich den Bogenentladestromsollwert IA entsprechend einer nach dem dielektrischen Durchschlag verstrichenen Zeit, das heißt einer nach dem Start der Bogenentladung abgelaufenen Zeitspanne. Im Ergebnis kann die Bogenentladung auch dann stabil weitergeführt werden, wenn sich der Entladungsweg aufgrund der Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 und so weiter verlängert. Es ist zu beachten, dass der Bogenentladestromsollwert IA beispielsweise mit einem willkürlichen Polynom definiert (berechnet) werden kann.
Ähnlich wie im Fall von 9 kommt es hier während des Zeitraums vom Zeitpunkt T3 bis zum Zeitpunkt T4 zur Unterbrechung (Kurzschließung) der Bogenentladung. In diesem Fall erhöht die Zündsteuereinheit 83 den Bogenentladestromsollwert IA diskontinuierlich, wie im unteren Zeichnungsbereich dargestellt, und führt dann eine Modifizierung aus, um den Bogenentladestromsollwert IA wie vor der Unterbrechung kontinuierlich zu erhöhen. Im Ergebnis wird die Bogenentladung neu gestartet und die darauf folgende Bogenentladung kann stabil fortgesetzt werden. Die Modifizierung des Bogenentladestromsollwerts IA kann durch Modifizierung des den Bogenentladestromsollwert IA definierenden Polynoms realisiert werden. Ist zum Beispiel der Bogenentladestromsollwert IA als ein Polynom erster Ordnung definiert, kann die oben beschriebene Modifizierung des Bogenentladestromsollwerts IA durch Modifizierung von Steigung und Achsenabschnitt (Anfangswert) der Gleichung erfolgen. Im nächsten und in den nachfolgenden Zyklen kann der modifizierte Bogenentladestromsollwert IA weiter verwendet werden.
Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die folgenden betriebsbezogenen Wirkungen zu verzeichnen.

(1) Die Steuervorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine umfasst die Zündsteuereinheit 83, welche die Erregung der Zündspule 300 steuert, die elektrische Energie an die Zündkerze 200 anlegt, die sich im Zylinder 150 der Brennkraftmaschine 100 entlädt, um den Kraftstoff zu zünden. Die Zündsteuereinheit 83 sendet vor dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 kontinuierlich das erste Impulssignal (Impulssignal für die Koronaentladung) an die mit der Zündspule 300 verbundene Zündeinrichtung 340 und sendet nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 das zweite Impulssignal (Impulssignal für die Bogenentladung) an die Zündeinrichtung 340, um die Erregung der Zündspule 300 zu steuern. Zu diesem Zeitpunkt ist der Zeitraum des Impulssignals für die Koronaentladung kürzer als der Zeitraum des Impulssignals für die Bogenentladung. Dementsprechend ist es möglich, den von der Zündkerze 200 verursachten Aussetzer der Zündung zu verhindern und dabei den Verschleiß der Elektroden der Zündkerze 200 in der Brennkraftmaschine 100 zu verhindern.
(2) Die Zündsteuereinheit 83 führt eine Pulsweitenmodulation am Impulssignal für die Koronaentladung aus, so dass sich die Entladespannung der Zündspule 300 vor dem dielektrischen Durchschlag (bevor Zeitpunkt T3) zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 an den vorherbestimmten Spannungssollwert (Koronaentladespannungssollwert VC) annähert, und sendet das modulierte Impulssignal (Schritt S107). Zudem führt die Zündsteuereinheit 83 die Pulsweitenmodulation am Impulssignal für die Bogenentladung aus, so dass sich ein Entladestrom der Zündspule 300 nach dem dielektrischen Durchschlag (nach Zeitpunkt T3) zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 an den vorherbestimmten Stromsollwert (Bogenentladestromsollwert IA) annähert, und sendet das modulierte Impulssignal (Schritt S111). Dementsprechend ist es möglich, zur Steuerung der Entladung der Zündspule 300 vor und nach dem dielektrischen Durchschlag ein optimales Impulssignal auszugeben.
(3) Der Koronaentladespannungssollwert VC ist so eingestellt, dass er kleiner ist als die dielektrische Durchschlagspannung zwischen den Elektroden der Zündkerze 200. Damit lässt sich verhindern, dass der dielektrische Durchschlag während des Koronaentladungszeitraums vor dem Zündzeitpunkt T3 eintritt und eine fehlerhafte Zündung erfolgt.
(4) Die Zündsteuereinheit 83 kann den Koronaentladespannungssollwert VC auf Grundlage der bei einer vergangenen Entladung der Zündkerze 200 erfassten dielektrischen Durchschlagspannung einstellen (Schritt S102). Dadurch ist es möglich, den optimalen Koronaentladespannungssollwert VC entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 oder dem Zustand des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 einzustellen.
(5) Die Zündsteuereinheit 83 kann den Bogenentladestromsollwert IA ausgehend von mindestens einem von Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100, Zustand der Elektrode der Zündkerze 200 und Zustand des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 der Brennkraftmaschine 100 einstellen (Schritt S103). Das ermöglicht die Einstellung des optimalen Bogenentladestromsollwerts IA entsprechend diesen verschiedenen Einstellzuständen.
(6) Wie in 9 beschrieben, kann die Zündsteuereinheit 83 den Bogenentladestromsollwert IA erhöhen, wenn die Entladung nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 unterbrochen wird. Dementsprechend kann die Bogenentladung nach einem Neustart stabil fortgesetzt werden.
(7) Wie in 10 beschrieben, kann die Zündsteuereinheit 83 den Bogenentladestromsollwert IA entsprechend der nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 abgelaufenen Zeitspanne allmählich erhöhen. Dadurch kann die Bogenentladung auch dann stabil fortgeführt werden, wenn sich der Entladungsweg während der Bogenentladung verlängert.
(8) Die Zündspule 300 umfasst die Primärspule 310, die vom Primärstrom durchflossen wird, und die Sekundärspule 320, die zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 eine Spannung erzeugt, wenn der Primärstrom erregt und abgeschaltet wird. Die Zündsteuereinheit 83 steuert das Erregen und Abschalten des Primärstroms mit Hilfe des Impulssignals für die Koronaentladung und des Impulssignals für die Bogenentladung und steuert so die von der Sekundärspule 320 zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 erzeugte Spannung und den durch die Sekundärspule 320 fließenden Strom. Dadurch lässt sich die Erregung der Zündspule 300 zuverlässig und leicht entsprechend der Zündkerze 200 steuern.
(9) Die Steuervorrichtung 1 für die Brennkraftmaschine umfasst die Zündsteuereinheit 83, welche die Erregung der Zündspule 300 steuert, die elektrische Energie an die Zündkerze 200 anlegt, die sich im Zylinder 150 der Brennkraftmaschine 100 entlädt, um den Kraftstoff zu zünden. Die Zündsteuereinheit 83 steuert die Erregung der Zündspule 300 dergestalt, dass vor dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 die vorherbestimmte Spannung (Koronaentladespannungssollwert VC), die kleiner als die dielektrische Durchschlagspannung ist, zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 vorliegt und nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 der vorherbestimmte Strom (Bogenentladestromsollwert IA) durch die Zündkerze 200 fließt. Dementsprechend ist es möglich, den von der Zündkerze 200 verursachten Aussetzer der Zündung zu verhindern und dabei den Verschleiß der Elektroden der Zündkerze 200 in der Brennkraftmaschine 100 zu verhindern.

-Zweite Ausführungsform-
Nachstehend wird eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Beschreibung in der zweiten Ausführungsform betrifft ein Beispiel für das Schätzen der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 der Brennkraftmaschine 100 auf Grundlage des Entladestroms oder der Entladespannung der Zündkerze 200, die während der Koronaentladung beziehungsweise Bogenentladung erfasst werden. Da die Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 100 oder die Hardware-Ausgestaltung der Steuervorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform die gleiche ist wie bei der ersten Ausführungsform, wird auf entsprechende Beschreibungen nachstehend verzichtet.
Funktionsblock der Steuervorrichtung
11 ist ein Funktionsblockschaltbild zur Darstellung einer funktionalen Ausgestaltung der Steuervorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform. Zum Beispiel wird jede Funktion der Steuervorrichtung 1 durch eine Ausgangsschaltung 80a realisiert, wenn die MPU 50 ein im ROM 60 gespeichertes Steuerprogramm ausführt. In der Steuervorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ist die in 11 dargestellte Ausgangsschaltung 80a an Stelle der in 3 dargestellten Ausgangsschaltung 80 der ersten Ausführungsform vorgesehen.
Wie in 11 dargestellt, weist die Ausgangsschaltung 80a der Steuervorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform zusätzlich zu den in 3 beschriebenen Funktionsblöcken ferner eine Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 auf. Die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 umfasst eine Funktion zum Eingeben der von der Ladungsmengenerfassungseinheit 350 erfassten Ladungsmenge der Zündspule 300 und des von der Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfassten Entladestrom- oder Entladespannungswerts der Zündkerze 200 und Schätzen der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs in jedem Zylinder 150 anhand dieser Werte. Die Strömungsgeschwindigkeitsinformation S11 aus der Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 wird in die Gesamtsteuereinheit 81 eingegeben und in der von der Gesamtsteuereinheit 81 ausgeführten Steuerung der Kraftstoffeinspritzsteuereinheit 82 oder Zündsteuereinheit 83 verwendet und in die Zündsteuereinheit 83 eingegeben und für die von der Zündsteuereinheit 83 ausgeführte Entladungssteuerung (Zündsteuerung) der Zündkerze 200 verwendet.
Stromkreis der Zündspule
12 ist eine Ansicht zur Darstellung des Stromkreises 400a mit der Zündspule 300 gemäß der zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform ist der in 12 dargestellte Stromkreis 400a an Stelle des in 4 dargestellten Stromkreises 400 der ersten Ausführungsform vorgesehen.
Wie in 12 dargestellt, weist der Stromkreis 400a gemäß der zweiten Ausführungsform zusätzlich zu den in 4 beschriebenen Komponenten ferner die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 auf. Die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 erfasst die Spannung und den Strom der Primärspule 310, die von der Ladungsmengenerfassungseinheit 350 erfasst werden, und den Entladestrom oder die Entladespannung der Zündkerze 200, der bzw. die von der Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfasst wird. Dann berechnet die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 auf Grundlage dieser erfassten Werte und gibt ein Berechnungsergebnis als Strömungsgeschwindigkeitsinformation S11 an die Zündsteuereinheit 83 aus. Die Zündsteuereinheit 83 steuert die Entladung der Zündkerze 200 durch Steuerung des an die Zündeinrichtung 340 ausgegebenen Zündsignals SA auf Grundlage der eingegebenen Strömungsgeschwindigkeitsinformation S11.
Kurzbeschreibung der Strömungsgeschwindigkeitsschätzung
Nunmehr wird die Schätzung der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 gemäß der zweiten Ausführungsform in Kürze beschrieben.
Wenn im Falle einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 die Koronaentladung oder Bogenentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 erfolgt, ändert sich der Entladungsweg zwischen den Elektroden und entsprechend ändert sich ein Erregungsabstand. Dadurch ändert sich ein Widerstandswert zwischen den Elektroden, und entsprechend ändert sich ein Verhältnis des Entladestroms zur Entladespannung. Dabei ändert sich eine Ausgangsspannung der Zündspule 300 in Abhängigkeit von der Ladungsmenge. Wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs während der Koronaentladung oder Bogenentladung ändert, ändert sich somit der Entladestrom der Zündkerze 200 oder ein Quotient, der durch Division von Entladestrom durch Entladespannung ermittelt wird. Der durch Division von Entladestrom durch Entladespannung erhaltene Quotient entspricht hier dem Widerstandswert zwischen den Elektroden der Zündkerze 200.
In der zweiten Ausführungsform wird die obige Beziehung verwendet, um die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 während der Koronaentladung oder Bogenentladung zu schätzen. Das heißt, der Entladestrom für jede Ladungsmenge der Zündspule 300 oder der bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs durch Division von Entladestrom durch Entladespannung erhaltene Quotient wird im Vorfeld ermittelt und die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs wird aus den Abweichungen zwischen diesen Werten und einem Ist-Messwert geschätzt.
Nachfolgend wird ein besonderes Beispiel für die Schätzung der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 gemäß der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
13 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Strömungsgeschwindigkeitsschätzverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform. 13(a) zeigt die Ladungsmenge der Zündspule 300 und 13(b) zeigt die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs zwischen den Elektroden der Zündkerze 200. 13(c) zeigt die Entladespannung oder den Entladestrom, und 13(d) zeigt eine Steigung der Entladespannung oder des Entladestroms. 13(e) zeigt das ON/OFF des Zündsignals SA, 13(f) zeigt die Periode des Zündsignals SA und 13(g) zeigt ein Tastverhältnis des Zündsignals SA. 13(h) zeigt ein Schätzergebnis der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs zwischen den Elektroden der Zündkerze 200.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, wird die Impulsdauer des während der Koronaentladung oder Bogenentladung ausgegebenen Zündsignals SA durch die Pulsweitenmodulation verstellt und damit wird beispielsweise die Ladungsmenge der Zündspule 300 geändert, wie in 13(a) dargestellt. Die Ladungsmenge der Zündspule 300 zu jedem Zeitpunkt kann dadurch berechnet werden, dass Differenzen zwischen der Ladungsmenge, die aus einem Produkt der durch die Ladungsmengenerfassungseinheit 350 erfassten Werte von Spannung und Strom ermittelt wird, und der Entladungsmenge, die aus einem Produkt der durch die Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfassten Werte von Spannung und Strom ermittelt wird, berechnet werden und die Differenzen integriert werden.
In der Pulsweitenmodulation des Zündsignals SA führt die Zündsteuereinheit 83 die Zündsteuerung so aus, dass sich die Entladespannung während der Koronaentladung an den Koronaentladespannungssollwert VC annähert oder sich der Entladestrom während der Bogenentladung an den Bogenentladestromsollwert IA annähert. Wie in 13(c) dargestellt, stellt die Zündsteuereinheit 83 zu diesem Zeitpunkt eine Totzone mit einer vorherbestimmten Breite um einen Sollwert (Koronaentladespannungssollwert VC oder Bogenentladestromsollwert IA) bereit und moduliert die Impulsdauer des Zündsignals SA so, dass die Entladespannung oder der Entladestrom innerhalb dieser Totzone liegt. Im Ergebnis ändert sich die Impulsdauer des Zündsignals SA, wie in 13(e) dargestellt. Diese Impulsdauer bestimmt sich durch eine Breite der in 13(c) dargestellten Totzone und die Neigung der Änderung von Entladespannung oder Entladestrom. Hier wird die Breite der Totzone vorzugsweise auf einen vorherbestimmten Wert eingestellt und während der Pulsweitenmodulation nicht verändert.
Dabei ändert sich die Neigung der/des in 13(c) dargestellten Entladespannung oder Entladestroms für jeden Impuls des Zündsignals SA. Die Änderung der Neigung ist in 13(d) dargestellt. Die Neigung der Entladespannung oder des Entladestroms ändert sich hier hauptsächlich durch den Einfluss der Ladungsmenge der Zündspule 300 und der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs zwischen den Elektroden der Zündkerze 200. Das heißt, die Impulsdauer des Zündsignals SA bestimmt sich hauptsächlich durch die Ladungsmenge der Zündspule 300 und die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs zwischen den Elektroden der Zündkerze 200.
Aus der Breite (Dauer) jedes Impulses des in 13(e) dargestellten Zündsignals SA wird für jeden Impuls die Periode des Zündsignals SA ermittelt, wie in 13(f) dargestellt. In 13(f) gibt es gegenüber 13(e) eine Verzögerung von einen Impuls. Aus der Periode jedes Impulses kann das Tastverhältnis des Zündsignals SA ermittelt werden, wie in 13(g) dargestellt.
Wie durch eine gestrichelte Linie in 13(b) dargestellt, ist hier der Widerstandswert zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 konstant, wenn es keine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs gibt. Wie durch eine gestrichelte Linie in 13(g) dargestellt, ändert sich hier das Tastverhältnis des Zündsignals SA entsprechend der Ladungsmenge der Zündspule 300. Wenn sich hierbei die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs in abfallender Richtung ändert, ändert sich auch der Widerstandswert zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 in abfallender Richtung, wie durch eine Volllinie in 13(b) dargestellt. Deshalb ist, wie durch eine Volllinie in 13(g) dargestellt, das Tastverhältnis des Zündsignals SA größer als das Tastverhältnis bei fehlender Änderung der Strömungsgeschwindigkeit. Wenn die Ladungsmenge und die Entladungsmenge zum Zeitpunkt der Ausgabe eines jeden Impulses des Zündsignals SA konstant sind und keine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs vorliegt, ist das Tastverhältnis des Zündsignals SA konstant.
Die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 ermittelt das Tastverhältnis des Zündsignals SA entsprechend der Änderung der Entladespannung oder des Entladestroms, wie oben beschrieben, und ermittelt einen Abweichungsbetrag zwischen einem theoretischen Wert und einem tatsächlichen Messwert des Tastverhältnisses in Bezug zur Ladungsmenge der Zündspule 300 durch Vergleichen dieses Tastverhältnisses mit einer Kennfeldinformation, die eine im Vorfeld unter einer vorherbestimmten Strömungsgeschwindigkeitsbedingung erfasste Beziehung zwischen der Ladungsmenge und dem Tastverhältnis abbildet. Der Betrag der Abweichung zeigt einen Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 an. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf Grundlage des Abweichungsbetrags über ein Verfahren, wie das Einsetzen des ermittelten Abweichungsbetrags in einen voreingestellten approximativen Ausdruck, schätzen. Die von der Kennfeldinformation angezeigte Beziehung zwischen der Ladungsmenge und dem Tastverhältnis entspricht der Beziehung des Entladestroms oder des durch Division von Entladestrom durch Entladespannung ermittelten Quotienten zur Ladungsmenge.
Die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 kann zudem auch auf Grundlage einer Änderung der bisher geschätzten Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs eine zukünftige Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs schätzen. Wenn zum Beispiel, wie in 13(h) dargestellt, die bis dahin erhaltenen Ergebnisse der Strömungsgeschwindigkeitsschätzung mit konstanter Rate weiter abnehmen, kann als Schätzergebnis des zukünftigen Luft-Kraftstoff-Gemischs eine Verlängerungslinie bestimmt werden, wie mit gestrichelter Linie dargestellt.
Steuerungsverfahren der Zündspule
14 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms zur Darstellung eines Steuerungsverfahrens der Zündspule 300 gemäß der zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform führt die Zündsteuereinheit 83 den gleichen Verarbeitungsprozess wie in den Schritten S101 bis S112 im beschriebenen Flussdiagramm von 7 der ersten Ausführungsform aus. Zwischen den Schritten S107 und S108 sowie zwischen den Schritten S111 und S112 führt die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 darüber hinaus den in 15 dargestellten Prozess der Strömungsgeschwindigkeitsschätzung aus.
15 ist ein Beispiel eines Flussdiagramms zur Darstellung eines in Schritt S200 ausgeführten Verarbeitungsprozesses zur Schätzung der Strömungsgeschwindigkeit.
In Schritt S201 berechnet die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 eine aktuelle Ladungsmenge in der Zündspule 300. Durch das Berechnen der Ladungsmenge und der Entladungsmenge mit Hilfe der von der Ladungsmengenerfassungseinheit 350 erfassten Spannungs- und Strominformation der Primärspule 310 und der von der Entladungsmengenerfassungseinheit 360 erfassten Spannungs- und Strominformation der Sekundärspule 320 und das Integrieren der dazwischen bestehenden Differenzen ab Ladebeginn bis zum aktuellen Zeitpunkt wird die aktuelle Ladungsmenge in der Zündspule 300 berechnet.
In Schritt S202 berechnet die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 das Tastverhältnis des von der Zündsteuereinheit 83 als Zündsignal SA ausgegebenen Impulssignals. Wie oben beschrieben, wird hier das Tastverhältnis des Zündsignals SA dadurch berechnet, dass aus der Breite (Dauer) jedes Impulses des Zündsignals SA die Periode des Zündsignals SA ermittelt wird.
In Schritt S203 vergleicht die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 das in Schritt S202 berechnete Tastverhältnis mit einem vorherbestimmten Referenz-Strömungsgeschwindigkeitskennfeld. Das hier zu vergleichende Referenz-Strömungsgeschwindigkeitskennfeld ist eine Kennfeldinformation, welche die im Vorfeld unter einer vorherbestimmten Strömungsgeschwindigkeitsbedingung erfasste Beziehung zwischen der Ladungsmenge und dem Tastverhältnis anzeigt, und ist im ROM 60 in der Steuervorrichtung 1 abgelegt. Zu diesem Zeitpunkt bezieht sich die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 im Referenz-Strömungsgeschwindigkeitskennfeld auf den theoretischen Wert des Tastverhältnisses, welcher der aktuellen Ladungsmenge in der Zündspule 300 auf Grundlage der in Schritt S201 berechneten Ladungsmenge entspricht, und berechnet eine Differenz zwischen dem theoretischen Wert und dem Ist-Messwert des in Schritt S202 berechneten Tastverhältnisses.
In Schritt S204 schätzt die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 die aktuelle Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 anhand eines Vergleichsergebnisses von Schritt S203. Hier wird die aktuelle Strömungsgeschwindigkeit in Bezug zur Referenz-Strömungsgeschwindigkeit aus der Differenz zwischen dem theoretischen Wert und dem Ist-Messwert des in Schritt S203 erhaltenen Tastverhältnisses mit Hilfe einer voreingestellten Funktion oder dergleichen geschätzt. In Schritt S204 kann das Schätzergebnis der Strömungsgeschwindigkeit während der Koronaentladung oder Bogenentladung für jeden Impuls auf Grundlege des für jeden Impuls des Zündsignals SA erhaltenen Tastverhältnisses ermittelt werden.
In Schritt S205 schätzt die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 auf Grundlage der in Schritt S204 geschätzten aktuellen Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs die zukünftige Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs. Das Schätzergebnis der zukünftigen Strömungsgeschwindigkeit wird hier aus einer Historie des in Schritt S204 erhaltenen Strömungsgeschwindigkeitsschätzergebnisses ermittelt. Zum Beispiel wird eine approximative Gerade oder eine approximative Kurve erhalten, die den bisherigen Strömungsgeschwindigkeitsschätzergebnissen entspricht, und das Strömungsgeschwindigkeitsschätzergebnis kann durch Verwendung der approximativen Geraden oder der approximativen Kurve für einen beliebigen Zeitpunkt der Zukunft ermittelt werden.
Nach Durchführung des Verarbeitungsprozesses von Schritt S205 beendet die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 den Strömungsgeschwindigkeitsschätzprozess von 15 und setzt mit Schritt S108 oder S112 von 14 fort.
Wie oben beschrieben, schätzt die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 während der Koronaentladung oder Bogenentladung. Dieses Strömungsgeschwindigkeitsschätzergebnis kann für die Zündsteuerung der Zündsteuereinheit 83 verwendet werden. Insbesondere wird zum Beispiel, wenn die in Schritt S204 geschätzte Strömungsgeschwindigkeit stark vom Sollwert abweicht und deshalb festgestellt wird, dass die Zündung schwierig ist, der Ladungszeitraum oder der Zündzeitpunkt im nächsten und in den darauf folgenden Zyklen auf Grundlage des in Schritt S205 geschätzten zukünftigen Strömungsgeschwindigkeitsschätzergebnisses eingestellt. Auf diese Weise kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch stabiler verbrannt werden und eine hohe thermische Effizienz erzielt werden.
Das oben beschriebene Verfahren zum Schätzen der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs kann unabhängig vom Vorliegen oder Fehlen der Bogenentladung und von der Ladungsmenge der Zündspule 300 ausgeführt werden. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases zwischen den Elektroden unabhängig von einem Betriebshub (Kompressionstakt oder Expansionshub) der Brennkraftmaschine 100 oder der Entzündbarkeit des Gases zwischen den Elektroden der Zündkerze 200. Dadurch ist es möglich, die Erfassung in einem kurzen Zeitraum während des Ladens/Entladens der Zündspule 300 zu wiederholen, und es ist möglich, eine sehr genaue und stabile Strömungsgeschwindigkeitserfassung zu realisieren. Zusätzlich zur Ladungsmenge der Zündspule 300 und der Gasströmungsgeschwindigkeit zwischen den Elektroden der Zündkerze 200 haben ein Abstand zwischen den Elektroden, eine Elektrodenform, ein Gasdruck, eine Elektrodentemperatur, eine Gaszusammensetzung, eine Gasfeuchtigkeit und so weiter einen Einfluss auf den Entladestrom oder die Entladespannung in der Koronaentladung oder Bogenentladung. Deshalb ist es wünschenswert, den Entladestrom und die Entladespannung in einem Zustand zu erfassen, bei dem, abgesehen von der Strömungsgeschwindigkeit, die Änderung so gering wie möglich ist.
Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu den in der ersten Ausführungsform beschriebenen Wirkungen noch die folgenden weiteren betriebsbezogenen Wirkungen zu verzeichnen.
(10) Die Steuervorrichtung 1 für die Brennkraftmaschine umfasst die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90, welche die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150 der Brennkraftmaschine 100 schätzt. Die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 schätzt die Strömungsgeschwindigkeit auf Grundlage des Entladestroms und/oder der Entladespannung der Zündkerze 200, die sich im Zylinder 150 entlädt, um den Kraftstoff zu zünden. Dementsprechend ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs mit hoher Genauigkeit zu schätzen, unabhängig vom Zustand der Brennkraftmaschine 100 und vom Zustand des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder 150. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe dieses Schätzergebnisses das von der Zündkerze 200 verursachte Aussetzen der Zündung des Kraftstoffs zu verhindern.
(11) Die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 schätzt kontinuierlich die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs anhand der Entladespannung (Entladespannung während der Koronaentladung) vor dem dielektrischen Durchschlag und/oder des Entladestroms (Entladestrom während der Bogenentladung) nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze 200. Dementsprechend kann die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs zu jeder beliebigen Zeit sowohl während des Koronaentladungszeitraums als auch während des Bogenentladungszeitraums geschätzt werden.
(12) Die Zündspule 300 ist mit der Zündkerze 200 verbunden, und die Zündspule 300 wird mit Hilfe des Impulssignals, dessen Impulsdauer anhand des Entladestroms oder der Entladespannung moduliert wird, erregt und gesteuert. Die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 schätzt die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf Grundlage des Tastverhältnisses dieses Impulssignals (Schritte S202 bis S204). Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs mit Hilfe des pulsweitenmodulierten Zündsignals SA genau und problemlos geschätzt werden.
(13) Die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 schätzt die zukünftige Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf Grundlage der Änderung der geschätzten Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs (Schritt S205). Dadurch ist es möglich, zusätzlich zur aktuellen Strömungsgeschwindigkeit die zukünftige Strömungsgeschwindigkeit zu schätzen.
(14) Die Steuervorrichtung 1 umfasst die Zündsteuereinheit 83, welche die Entladung der Zündkerze 200 auf Grundlage der von der Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 geschätzten zukünftigen Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs steuert. Dies ermöglicht eine zweckmäßigere Steuerung der Entladung der Zündkerze 200.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist das Beispiel der Schätzung der Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs durch die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 zusätzlich zu der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Zündsteuerung beschrieben. Diese können jedoch separat ausgeführt werden. So lange mindestens die Pulsweitenmodulation am Zündsignal SA ausgeführt und das modulierte Zündsignal SA ausgegeben wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs durch die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit 90 geschätzt werden.
Des Weiteren kann in jeder oben beschriebenen Ausführungsform jede in 3 oder 11 beschriebene funktionale Ausgestaltung der Steuervorrichtung 1 durch Software realisiert werden, die von der MPU 50 ausgeführt wird, wie oben beschrieben, oder kann durch Hardware wie durch ein feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) realisiert werden. Diese können außerdem vermischt und verwendet werden.
In jeder oben beschriebenen Ausführungsform wird das Beispiel der Realisierung der Entladespannung und des Entladestroms, wie in 5, 8, 9 beziehungsweise 10 dargestellt, dadurch realisiert, dass die Zündung der Zündkerze 200 mit Hilfe nur einer Zündspule 300 gesteuert wird. Es können jedoch mehrere Zündspulen 300 in Kombination verwendet werden. Das Zündsignal SA, das durch die in der ersten sowie zweiten Ausführungsform beschriebene Pulsweitenmodulation erzeugt wird, wird von der Zündsteuereinheit 83 an die mit mindestens einer Zündspule 300 der mehreren Zündspulen 300 verbundene Zündeinrichtung 340 ausgegeben und das herkömmliche Zündsignal SA, das nicht der Pulsweitenmodulation unterzogen wird, wird von der Zündsteuereinheit 83 an die mit den anderen Zündspulen 300 verbundenen Zündeinrichtungen 340 ausgegeben. Dann ist es möglich, durch Synthetisieren (Überlagern) der von den Zündspulen 300 emittierten elektrischen Energie und Anlegen der synthetisierten elektrischen Energie an die Zündkerze 200 eine beliebige Entladespannungssignalform und Entladestromsignalform zu realisieren, welche die Entladespannung beziehungsweise den Entladestrom enthalten, wie in 5, 8, 9 und 10 dargestellt. Das durch die Pulsweitenmodulation generierte Zündsignal SA kann an die mit allen Zündspulen 300 verbundenen Zündeinrichtungen 340 ausgegeben werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen und verschiedenen Abwandlungsbeispiele sind bloße Beispiele und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Inhalte beschränkt, außer wenn in Widerspruch mit den kennzeichnenden Merkmalen der Erfindung. Obwohl oben verschiedene Ausführungsformen und Abwandlungsbeispiele beschrieben sind, ist die Erfindung nicht auf diese Inhalte beschränkt. Andere Ausführungsformen, die als dem technischen Gedanken der vorliegenden Erfindung zugehörig erachtet werden, sind im Umfang der vorliegenden Erfindung mit erfasst.
Bezugszeichenliste

1: Steuervorrichtung
10: analoge Eingangseinheit
20: digitale Eingangseinheit
30: A/D-Wandlereinheit
40: RAM
50: MPU
60: ROM
70: I/O-Port
80, 80a: Ausgangsschaltung
81: Gesamtsteuereinheit
82: Kraftstoffeinspritzsteuereinheit
83: Zündsteuereinheit
84: Zylinderbestimmungseinheit
85: Winkelinformationserzeugungseinheit
86: Drehzahlinformationserzeugungseinheit
87: Ansaugmengenmesseinheit
88: Lastinformationserzeugungseinheit
89: Wassertemperaturmesseinheit
90: Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit
100: Brennkraftmaschine
110: Luftfilter
111: Ansaugrohr
112: Ansaugsammelrohr
113: Drosselventil
113a: Drosselöffnungssensor
114: Durchflussmengensensor
115: Ansauglufttemperatursensor
120: Zahnkranz
121: Kurbelwinkelsensor
122: Wassertemperatursensor
123: Kurbelwelle
125: Fahrpedal
126: Fahrpedalstellungssensor
130: Kraftstofftank
131: Kraftstoffpumpe
132: Druckregler
133: Kraftstoffleitung
134: Kraftstoffeinspritzventil
140: Verbrennungsdrucksensor
150: Zylinder
151: Einlassventil
152: Auslassventil
160: Abgassammelrohr
161: Dreiwegekatalysator
162: anströmseitiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
163: abströmseitiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
170: Kolben
200: Zündkerze
210: mittlere Elektrode
220: äußere Elektrode
230: Isolator
300: Zündspule
310: Primärspule
320: Sekundärspule
330: Gleichstromversorgung
340: Zündeinrichtung
350: Ladungsmengenerfassungseinheit
360: Entladungsmengenerfassungseinheit
400, 400a: Schaltkreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002303238 A [0005]

Claims

Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend: eine Zündsteuereinheit, die eine Erregung einer Zündspule steuert, die elektrische Energie an eine Zündkerze anlegt, die sich in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine entlädt, um einen Kraftstoff zu zünden, wobei die Zündsteuereinheit vor einem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze ein erstes Impulssignal kontinuierlich an eine mit der Zündspule verbundene Zündeinrichtung sendet und nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze ein zweites Impulssignal kontinuierlich an die Zündeinrichtung sendet, um die Erregung der Zündspule zu steuern, und ein Zeitraum des ersten Impulssignals kürzer ist als ein Zeitraum des zweiten Impulssignals.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Zündsteuereinheit eine Pulsweitenmodulation am ersten Impulssignal ausführt, so dass sich eine Entladespannung der Zündspule vor dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze an einen vorherbestimmten Spannungssollwert annähert, und das modulierte erste Signal sendet, und die Zündsteuereinheit die Pulsweitenmodulation am zweiten Impulssignal ausführt, so dass sich ein Entladestrom der Zündspule nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze an einen vorherbestimmten Stromsollwert annähert, und das modulierte zweite Impulssignal sendet.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei der Spannungssollwert so eingestellt ist, dass er kleiner ist als eine dielektrische Durchschlagspannung zwischen den Elektroden der Zündkerze.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Zündsteuereinheit den Spannungssollwert auf Grundlage der dielektrischen Durchschlagspannung einstellt, die bei Entladung der Zündkerze in der Vergangenheit erfasst wird.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Zündsteuereinheit den Stromsollwert auf Grundlage eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine, eines Zustands der Elektrode der Zündkerze und/oder eines Zustands des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder der Brennkraftmaschine einstellt.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Zündsteuereinheit den Stromsollwert erhöht, wenn eine Entladung nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze unterbrochen wird.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Zündsteuereinheit den Stromsollwert entsprechend einer nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze abgelaufenen Zeit allmählich erhöht.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zündspule eine Primärspule, durch die ein Primärstrom fließt, und eine Sekundärspule, die bei Erregung und Abschaltung des Primärstroms eine Spannung zwischen den Elektroden der Zündkerze erzeugt, aufweist und die Zündsteuereinheit die Erregung steuert, und Abschalten des Primärstroms mit Hilfe des ersten Impulssignals und des zweiten Impulssignals, um die von der Sekundärspule zwischen den Elektroden der Zündkerze erzeugte Spannung und einen durch die Sekundärspule fließenden Strom zu steuern.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend: eine Zündsteuereinheit, die eine Erregung einer Zündspule steuert, die elektrische Energie an eine Zündkerze anlegt, die sich in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine entlädt, um einen Kraftstoff zu zünden, wobei die Zündsteuereinheit die Erregung der Zündspule so steuert, dass vor einem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze eine vorherbestimmte Spannung, die kleiner ist als eine dielektrische Durchschlagspannung, zwischen den Elektroden der Zündkerze auftritt, und nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze ein vorherbestimmter Strom durch die Zündkerze fließt.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend: eine Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit, die eine Strömungsgeschwindigkeit eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine schätzt, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit die Strömungsgeschwindigkeit auf Grundlage eines Entladestroms und/oder einer Entladespannung einer Zündkerze schätzt, die sich im Zylinder entlädt, um einen Kraftstoff zu zünden.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit kontinuierlich die Strömungsgeschwindigkeit auf Grundlage der Entladespannung vor dem dielektrischen Durchschlag und/oder des Entladestroms nach dem dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze schätzt.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine Zündspule mit der Zündkerze verbunden ist, wobei die Zündspule mit Hilfe eines Impulssignals, dessen Impulsdauer auf Grundlage des Entladestroms oder der Entladespannung moduliert wird, erregt und gesteuert wird, und die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit die Strömungsgeschwindigkeit auf Grundlage eines Tastverhältnisses des Impulssignals schätzt.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit eine zukünftige Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf Grundlage einer Änderung einer geschätzten Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs schätzt.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, ferner umfassend: eine Zündsteuereinheit, die eine Entladung der Zündkerze auf Grundlage der von der Strömungsgeschwindigkeitsschätzeinheit geschätzten zukünftigen Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs steuert.