DE19924001A1 - Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen VerbrennungsmotorInfo
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Abstract
Es wird eine Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, bei welcher selbst in dem Fall, dass eine Unterbrechung des Sekundärstrompfades oder eine Fehlzündung in einer Zündkerze auftritt, eine auf der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung entwickelte Spannung unterdrückt wird, so dass eine Streuung der Hochspannung verhindert werden kann. Die Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor enthält: einen Kondensator 8 zur Aufladung einer positiven Vorspannung, die notwendig ist zur Erfassung von Ionen, die erzeugt werden, wenn eine Zündkerze 4 sich bei Anlegen der Zündhochspannung entlädt; einen Widerstand 5, der zwischen der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung und dem Kondensator angeordnet ist, zur Unterdrückung des Abfalls der Vorspannung; eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung 30 zur Erfassung eines Entladestroms aus dem Kondensator als Ionenstrom, der durch die Zündkerze fließt; eine elektronische Steuereinheit 20 zur Erfassung des Verbrennungszustandes in der Zündkerze auf der Grundlage eines Erfassungswertes der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung, und eine Zener-Diode zur Unterdrückung einer Spannung, die sich entwickelt, wenn der Pfad, auf welchem der Ionenstrom fließt, unterbrochen wird.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des
Verbrennungszustandes in einem Verbrennungsmotor, durch
Erfassung einer Veränderung der Zahl an Ionen, welche zum
Verbrennungszeitpunkt des Verbrennungsmotors erzeugt werden,
und insbesondere auf eine Verbrennungszustand-
Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche in
der Lage ist, ein durch Unterbrechung eines
Sekundärstrompfades in einem Verbrennungsmotor mit
Niederspannungsverteilung erzeugtes Hochspannungsleck bzw.
Hochspannungsstreuung zu verhindern.
In einem von mehreren Zylindern angetriebenen
Verbrennungsmotor wird im Allgemeinen die Treibstoff-Luft-
Mischung, die aus Luft und Treibstoff besteht und in die
Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder eingeführt wird,
durch Aufwärtsbewegung von Kolben komprimiert, elektrische
Funken werden erzeugt durch Anlegen einer Zündungs-
Hochspannung an Zündkerzen, die innerhalb der
Verbrennungskammern angeordnet sind, und eine
Explosionskraft, die sich zum Zeitpunkt der Verbrennung der
Treibstoff/Luft-Mischung entwickelt, wird in eine den Kolben
abwärts treibende Kraft umgewandelt, um dadurch die den
Kolben abwärts treibende Kraft als Rotationsausgabe des
Verbrennungsmotors abzuleiten.
Es ist bekannt, dass Moleküle innerhalb der
Verbrennungskammern ionisiert werden, wenn die
Treibstroff/Luft-Mischung in den Verbrennungskammern
verbrannt wurde, so dass Ionen, welche elektrisch geladen
sind, zwischen den Zündkerzen als Ionenstrom fließen, wenn
eine Vorspannung an Ionenstrom-Erfassungselektroden
(gewöhnlich werden die Zündkerzen-Elektroden verwendet), die
sich innerhalb der Verbrennungskammern befinden, angelegt
wird.
Ebenso ist bekannt, dass der Verbrennungszustand eines
Verbrennungsmotors erfasst werden kann durch Erfassung eines
Zustandes, bei welchem der Ionenstrom auftritt, da der
Ionenstrom sich empfindlich verändert entsprechend dem
Verbrennungszustand innerhalb der Verbrennungskammern.
Fig. 5 ist ein Schaltbild, welches ein Beispiel einer
konventionellen Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor zeigt, unter Verwendung einer
Niederspannungs-Verteilung, wie in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 10-231770 offenbart.
In der Figur ist die Anode einer Batterie 1, die in einem
Fahrzeug eingebaut ist, mit einem Ende einer Primärwicklung
2a einer Zündspule 2 verbunden, wohingegen das andere Ende
der Primärwicklung 2a über einen Leistungstransistor 3 mit
der Erde verbunden ist, wobei der Emitter des
Leistungstransistors geerdet ist, um die Zufuhr des
Primärstroms zu unterbrechen.
Die Sekundärwicklung 2b der Zündspule 2 bildet zusammen mit
der Primärwicklung 2a einen Transformator, und die
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b ist mit jeweiligen
Enden von Zündkerzen 4 der jeweiligen Zylinder (nicht
abgebildet) verbunden, zur Ausgabe einer hohen Spannung
negativer Polarität zum Zeitpunkt der Zündungssteuerung.
An jede der Zündkerzen 4, welche aus Gegenelektroden
bestehen, wird die Zündhochspannung angelegt, um eine
Entladung und Zündung des Luft/Treibstoff-Gemisches innerhalb
jedes Zylinders zu bewirken.
Die Zündspule 2 und die Zündkerze 4 sind für jeden der
Zylinder parallel angeordnet, wobei in diesem Beispiel jedoch
nur ein Paar aus Zündspule 2 und Zündkerze 4 repräsentativ
dargestellt ist.
Die Niederspannungsseite der Sekundärwicklung 3b ist mit
einer Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 verbunden, über einen
Widerstand 5 und eine Diode 6, welche parallel geschaltet
sind und eine Strombegrenzungseinrichtung bilden.
Der Widerstand 5 unterdrückt einen Entladungsstrom, der aus
einem Kondensator C innerhalb der Ionenstrom-
Erfassungsschaltung 10 zur Zündkerze 4 durch die
Sekundärwicklung 2b fließt, und unterdrückt eine Spannung,
die auf der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b zum
Zeitpunkt des Beginns der Stromzuführung zur Primärwicklung
2a aufgebaut wird.
Die Diode 6 ist vorgesehen, so dass die Richtung des
Sekundärstroms (Zündstrom) 12, welcher zum Zeitpunkt des
Anlegens der Zündhochspannung fließt, die Durchschaltrichtung
ist, und ist so angeordnet, dass ein Potentialunterschied
zwischen beiden Enden des Widerstands 5 zum Zeitpunkt der
Zündsteuerung unterdrückt wird.
Die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 legt eine Vorspannung
an, welche von entgegengesetzter Polarität wie die
Zündpolarität ist, d. h. zur positiven Polarität durch den
Widerstand 5 und die Diode 6, welche parallel geschaltet
sind, und die Sekundärwicklung 2b, zur Erfassung eines
Ionenstroms, welcher der Menge an Ionen entspricht, die zum
Zeitpunkt der Verbrennung erzeugt wurden.
Die Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 enthält einen
Kondensator C, welcher mit der Niederspannungsseite der
Sekundärwicklung 2b über den Widerstand 5 und die Diode 6,
welche parallel geschaltet sind, angeschlossen ist, eine
Diode D, die zwischen dem Kondensator C und der Erde
angeordnet ist, einen Widerstand R, der parallel zur Diode D
geschaltet ist, und eine Zener-Diode DZ als
Vorspannungsbegrenzer, welcher parallel zum Kondensator C und
der Diode D geschaltet ist.
Eine Reihenschaltung, die aus dem Kondensator C und der Diode
D besteht, und die parallel zu Reihenschaltung geschaltete
Zener-Diode DZ sind zwischen der Niederspannungsseite der
Sekundärwicklung 2b und der Erde angeordnet, um einen
Aufladepfad zur Aufladung des Kondensators C mit der
Vorspannung zur Zeit der Erzeugung des Zündstroms zu bilden.
Der Kondensator C wird mit dem Sekundärstrom geladen, der
über die Zündkerze 4 in ihn hineinfließt, wobei der
Sekundärstrom bei einer aus der Sekundärwicklung 2b
ausgegebenen Hochspannung entladen wird, wenn der
Leistungstransistor 3 ausgeschaltet ist (wenn der der
Primärwicklung 2a zugeführte Strom unterbrochen ist). Die
Ladespannung wird durch die Zener-Diode DZ auf eine
vorbestimmte Vorspannung (z. B. einige 100 V) begrenzt, und
dient als Vorspanneinrichtung für die Ionenstromerfassung,
d. h. als Spannungsquelle.
Der Widerstand R innerhalb der Ionenstrom-Erfassungsschaltung
10 wandelt den aufgrund der Vorspannung fließenden Ionenstrom
in eine Spannung um, und gibt die Spannung einer
elektronischen Steuereinheit (im Folgenden als ECU
bezeichnet, von englisch electronic control unit) 20 ein, als
ein Ionenstrom-Erfassungssignal E1.
Die ECU 20, die durch einen Mikrocomputer gebildet wird,
beurteilt den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors auf
der Grundlage des Ionenstrom-Erfassungssignals Ei, und führt
eine geeignete adaptive Steuerung durch, so dass keine
Probleme auftreten wenn die Verschlechterung des
Verbrennungszustandes erfasst wird.
Ebenso stellt die ECU 20 arithmetisch die Zündzeitpunkte,
usw. ein, auf der Grundlage von Fahrtbedingungen, die
erhalten werden von einer Vielzahl von Sensoren (nicht
abgebildet), um nicht nur ein Zündsignal P an den
Leistungstransistor 3 auszugeben, sondern auch ein
Treibstoff-Einspritzsignal an einen Einspritzer (nicht
abgebildet) für jeden der Zylinder, und ein Antriebssignal
für eine Vielzahl von Stellgliedern (Drosselventil, ISC-
Ventil usw.).
Fig. 6 ist ein Erklärungsdiagramm, welches den Pfad eines
Stroms zeigt, der in der Sekundärwicklung 2b und der
Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 durch die
Strombegrenzungseinrichtung fließt, wobei der Pfad eines
Sekundärstroms 12, der bei hoher Spannung während des
Entladebetriebs der Zündkerze 4 (zum Zeitpunkt der
Zündsteuerung) fließt, durch eine durchgezogene Linie
angegeben ist, wohingegen der Pfad eines Ionenstroms i,
welcher aufgrund der Vorspannung zum Zeitpunkt der Erfassung
des Ionenstroms fließt, durch eine gestrichelte Linie
angegeben wird.
Nachfolgend wird der Betrieb der konventionellen
Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, welche in Fig. 5 gezeigt ist, unter
Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.
Wie gewöhnlich, stellt die ECU 20 arithmetisch die
Zündzeitpunkte, usw. ein, in Übereinstimmung mit den
Fahrtbedingungen, und liefert das Zündsignal P an die Basis
des Leistungstransistors 3 zu einem gewünschten
Steuerzeitpunkt, um den An/Aus-Betrieb des
Leistungstransistors 3 zu steuern.
Als Ergebnis unterbricht der Leistungstransistor 3 den
Primärstrom, der in der Primärwicklung 2a der Zündspule 2
fließt, zur Erhöhung der Primärspannung, und es entwickelt
sich die Zündhochspannung (z. B. mehrere 10 kV) auf der
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b.
Die Sekundärspannung wird an die Zündkerze 4 für jeden der
Zylinder angelegt, und es wird ihr gestattet, einen
Zündfunken innerhalb der Verbrennungskammer zu erzeugen, um
das Treibstoff/Luft-Gemisch zu zünden. In dieser Situation,
wenn der Verbrennungszustand normal ist, wird eine
erforderliche Menge an Ionen in der Peripherie der Zündkerze
und innerhalb der Verbrennungskammer erzeugt.
Dann, wie oben beschrieben, wenn der Leistungstransistor 3
ansprechend auf das Zündsignal P eingeschaltet wird, beginnt
der Strom in der Primärwicklung 2a zu fließen, um dadurch
eine Spannung von positiver Polarität auf der
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b zu bewirken.
In dieser Situation, da der Entladungsstrom aus dem
Kondensator C in die Niederspannungsseite der
Sekundärwicklung 2b durch den Widerstand 5 begrenzt wird,
wird die an der Sekundärwicklung 2b entwickelte Spannung auf
die Hochspannungsseite und Niederspannungsseite aufgeteilt,
ohne Überlagerung auf der Vorspannung.
Zum Zeitpunkt des Beginns des Stromflusses in die
Primärwicklung 2a, selbst wenn die Spannung positiver
Polarität sich auf der Hochspannungsseite der
Sekundärwicklung 2b entwickelt, da der Entladestrom aus dem
Kondensator C in die Niederspannungsseite der
Sekundärwicklung 2b durch den Widerstand 5, wie oben
beschrieben, begrenzt ist, wird die Spannung positiver
Polarität, die auf der Hochspannungsseite der
Sekundärwicklung 2b entwickelt wird, unterdrückt, so dass es
keinen Fall gibt, bei dem die Zündkerze 4 sich entlädt.
Nachfolgend, zum Zeitpunkt der Unterbrechung des
Primärstroms, wenn sich die Zündhochspannung auf der
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b entwickelt damit
die Zündkerze 4 sich entlädt, fließt der Sekundärstrom E2 auf
dem Pfad (ein durch eine durchgezogene Linie in Fig. 6
angegebener Pfeil) durch die Diode 6, um den Kondensator C
auf eine vorbestimmte Spannung aufzuladen.
Ebenfalls, da Ionen durch die Entladung der Zündkerze 4
erzeugt werden, fließt der Ionenstrom i auf einem Pfad (der
in Fig. 6 durch eine gestrichelte Linie angegebene Pfeil)
durch den Widerstand 5.
Auf diese Weise, wenn die Diode 6 parallel zum
Strombegrenzungswiderstand 5 geschaltet ist, fließt der
Sekundärstrom I2 zum Zeitpunkt der Zündsteuerung in die Diode
6, ohne in den Widerstand 5 zu fließen. Da dies dazu führt,
dass der Potentialunterschied zwischen beiden Enden des
Widerstands 5 abfällt, wird das Zündverhalten verbessert.
Zum Zeitpunkt des Beginns des Primärstromflusses, da die
Strombegrenzungsfunktion des Widerstands 5 wirksam wird, wird
der Entladestrom aus dem Kondensator C in die
Sekundärwicklung 2b begrenzt, um eine Fehlsteuerung und den
Abfall der Vorspannung zu verhindern.
Die konventionelle Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor mit dem obigen Aufbau hat die
folgenden Probleme.
In dem Fall, in dem eine Unterbrechung im Sekundärstrompfad
auftritt, z. B. wenn eine Unterbrechung an einer durch (A) in
Fig. 5 angegebenen Position auftritt oder eine Fehlzündung in
der Zündkerze 4 auftritt, oszilliert die an der
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung entwickelte Spannung
(ihre Spitzenspannung beträgt ungefähr 40 kV), wie durch eine
gestrichelte Linie in Fig. 7 angegeben, und die Oszillation
der Spannung (deren Spitzenspannung ungefähr 8 kV beträgt),
welche eine andere Amplitude aber synchron mit jener der
Hochspannungsseite ist, tritt sogar auf der
Niederspannungsseite auf. Die Oszillationen, die auf der
Seite positiver Polarität auftreten, werden jedoch durch die
Zener-Diode DZ auf der Niederspannungsseite begrenzt, um so
auf ungefähr 200 V oder weniger begrenzt zu sein.
Ebenso, in dem Fall, bei dem die Unterbrechung an Positionen
(B) und (C) in Fig. 5 auftritt, obwohl die kapazitive
Entladung in der Zündkerze 4 auftritt, wird die Entladung
nicht fortgesetzt, da der Sekundärstrompfad nicht gebildet
wird, mit dem Ergebnis, dass kein normaler Betrieb in der
Zündvorrichtung auftritt.
Dementsprechend hat die konventionelle Vorrichtung das
Problem, dass in dem Fall, wo die Unterbrechung des
Sekundärstrompfades oder eine Fehlzündung in der Zündkerze
auftritt, die Hochspannung sich auf der Niederspannungsseite
der Sekundärwicklung entwickelt, so dass sie in die
Ionenstrom-Erfassungsschaltung, usw. leckt bzw. streut,
wodurch die Teile innerhalb jener Schaltung beschädigt
werden, oder da der Sekundärstrompfad aufgrund der
Unterbrechung des Sekundärstrompfades nicht gebildet wird,
sich die Entladung nicht fortsetzt, woraus folgt, dass kein
normaler Betrieb in der Zündvorrichtung stattfindet.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen
Probleme zu lösen, und daher ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungszustand-
Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu
schaffen, welche in der Lage ist, das Streuen einer
Hochspannung zu verhindern, durch Unterdrückung einer auf der
Niederspannungsseite der Sekundärwicklung entwickelten
Spannung, und welche in der Lage ist, den normalen Betrieb
als Zündvorrichtung sicherzustellen, selbst wenn eine
Unterbrechung des Sekundärstrompfades oder eine Fehlzündung
in einer Zündkerze auftritt.
Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung
umfasst eine Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor: eine Zündspule, die aus einem
Transformator gebildet ist, der eine Primärwicklung und eine
Sekundärwicklung hat, zur Entwicklung einer negativen
Zündhochspannung auf einer Hochspannungsseite der
Sekundärwicklung, wenn der Strom in die Primärseite
unterbrochen wird; eine Zündkerze, die mit der
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei
die Zündhochspannung an die Zündkerze angelegt wird; eine
Vorspanneinrichtung zum Aufladen einer positiven Vorspannung,
die notwendig ist zur Erfassung von Ionen, die erzeugt
werden, wenn die Zündkerze sich bei Anlegen der
Zündhochspannung entlädt; eine Strombegrenzereinrichtung, die
zwischen der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung und
der Vorspanneinrichtung angeordnet ist, zur Unterdrückung des
Abfalls der Vorspannung; eine Ionenstrom-
Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Entladungsstroms
aus der Vorspanneinrichtung als durch die Zündkerze
fließenden Ionenstrom; eine ECU zur Erfassung eines
Verbrennungszustandes in der Zündkerze auf der Grundlage
eines Erfassungswertes der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung;
und eine Unterdrückungseinrichtung zur Unterdrückung einer
Spannung, die entwickelt wird, wenn ein Pfad, durch welchen
der Ionenstrom fließt, unterbrochen wird.
Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung
umfasst die Unterdrückungseinrichtung des ersten Aspektes
eine erste Diode und eine zweite Diode, welche in Reihe
geschaltet sind zwischen der Niederspannungsseite er
Sekundärwicklung und der Erde.
Gemäß eines dritten Aspektes umfasst die erste Diode des
ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung eine Zener-Diode.
Gemäß eines vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung
umfassen die erste und zweite Diode des ersten Aspektes der
vorliegenden Erfindung jeweils eine Zener-Diode.
Gemäß eines fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung
umfasst eine Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor nach der vorliegenden Erfindung: eine
Zündspule, die aus einem Transormator gebildet ist, der eine
Primärwicklung und eine Sekundärwicklung hat, um eine
negative Hochspannung an einer Hochspannungsseite der
Sekundärwicklung zu entwickeln, wenn der Strom in die
Primärwicklung unterbrochen wird; eine Zündkerze, die mit der
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei
die Zündhochspannung an die Zündkerze angelegt wird; eine
Vorspanneinrichtung zur Aufladung einer positiven
Vorspannung, die notwendig ist zur Erfassung von Ionen, die
erzeugt werden, wenn die Zündkerze sich bei Anlegen der
Zündhochspannung entlädt; eine Strombegrenzereinrichtung, die
zwischen der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung und
der Vorspanneinrichtung angeordnet ist, um den Abfall der
Vorspannung zu unterdrücken; eine Ionenstrom-
Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Entladungsstroms
aus der Vorspanneinrichtung als ein durch die Zündkerze
fließenden Ionenstrom; und eine ECU zur Erfassung eines
Verbrennungszustandes in der Zündkerze auf der Grundlage
eines Erfassungswertes der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung,
wobei die Vorspanneinrichtung und die
Strombegrenzereinrichtung mit einer Isolierdichtungsmasse
bzw. Isolierversiegelung der Zündspule abgedichtet bzw.
versiegelt sind.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser
Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung
klarer hervor, zusammengenommen mit den begleitenden
Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 ein Schaltungsstrukturdiagramm ist, das eine
Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer
ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Diagramm zur Erklärung des Betriebs der
Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit den
jeweiligen Ausführungen der vorliegenden Erfindung
ist;
Fig. 3 ein Schaltungsstrukturdiagramm ist, das eine
Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung in
Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ein Schaltungsstrukturdiagramm ist, welches eine
Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung in
Übereinstimmung mit einer dritten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ein Schaltungsstrukturdiagramm ist, welches eine
konventionelle Verbrennungszustand-
Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm ist, welches einen Sekundärstrompfad
zum Zeitpunkt der Zündsteuerung und einen
Ionenstrompfad zum Zeitpunkt der Erfassung eines
Ionenstroms in der konventionellen
Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor zeigt; und
Fig. 7 ein Diagramm zur Erklärung des Betriebes der
konventionellen Verbrennungszustand-
Erfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
ist.
Nun werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
ausführlicher beschrieben.
Fig. 1 ist ein Strukturdiagramm, welches eine
Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer ersten
Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei Teile, die
jenen in Fig. 5 entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen
bezeichnet werden, und deren erneute Beschreibung wird
weggelassen.
In dieser Ausführung sind eine Zener-Diode 9 zur Begrenzung
der Spannung zum Unterbrechungszeitpunkt, deren Anode mit der
Sekundärwicklung 2b verbunden ist, und eine Diode 10 zur
Verhinderung einer Stromzuführung zu einem
Nichtunterbrechungs-Zeitpunkt, deren Anode mit der Erdseite
verbunden ist, in Reihe zwischen der Niederspannungsseite der
Sekundärwicklung 2b und der Erde angeschlossen. Die Zener-
Diode 9 und die Diode 10 bilden eine
Unterdrückungseinrichtung zur Unterdrückung einer
Hochspannung, die sich auf der Niederspannungsseite der
Sekundärwicklung entwickelt, wenn die Unterbrechung des
Sekundärstrompfades oder eine Fehlzündung in einer Zündkerze
4 auftritt.
Die Kathode einer Zener-Diode 7 zur Begrenzung einer
Vorspannung ist mit einem Knoten der Kathode einer Diode 6
für einen Aufladestrompfad und eines Endes eine Widerstandes
5 zur Begrenzung eines Entladestroms verbunden, und die Anode
der Zener-Diode 7 ist über eine Diode D1 geerdet. Ebenso ist
ein Kondensator 8 für die Vorspannung parallel zur Zener-
Diode 7 angeschlossen. Die Zener-Diode 7 und der Kondensator
8 bilden eine Vorspanneinrichtung. Die Eingangsseite einer
Ionenstrom-Erfassungseinrichtung 30 ist mit der Anode der
Zener-Diode 7 verbunden, und ihre Ausgangsseite ist mit einer
ECU 20 verbunden. Die übrigen Elemente sind mit jenen der
Fig. 5 identisch.
Nachfolgend wird der Betrieb unter Bezugnahme auf Fig. 2
beschrieben.
Wie gewöhnlich stellt die ECU 20 arithmetisch Zündzeitpunkte,
usw. ein, in Übereinstimmung mit den Fahrtbedingungen, und
liefert ein Zündsignal P an die Basis eines
Leistungstransistors 3 zu einem gewünschten Steuerzeitpunkt,
um somit den An-/Aus-Betrieb des Leistungstransistors 3 zu
steuern. Als Ergebnis unterbricht der Leistungstransistor 3
den Primärstrom, der in einer Primärwicklung 2a der Zündspule
2 fließt, um die Primärspannung anzuheben, und entwickelt
auch eine Zündhochspannung (z. B. mehrere 10 kV) auf der
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b.
Die Sekundärspannung wird an die Zündkerze 4 für jeden der
Zylinder angelegt, und es wird ihr ermöglicht, einen
Entladungsfunken innerhalb der Verbrennungskammer der
Zündsteuerzylinder zu erzeugen, um das Treibstoff-/Luft-
Gemisch zu verbrennen. In dieser Situation, wenn der
Verbrennungszustand normal ist, wird eine erforderliche Menge
an Ionen in der Peripherie der Zündkerze und innerhalb der
Verbrennungskammer erzeugt.
Dann, wie oben beschrieben, wenn der Leistungstransistor
ansprechend auf das Zündsignal P eingeschaltet wird, beginnt
der Strom in der Primärwicklung 2a zu fließen, um dadurch
eine Spannung positiver Polarität an der Hochspannungsseite
der Sekundärwicklung 2b zu entwickeln.
In dieser Situation, da der Entladestrom aus dem Kondensator
8 zur Niederspannungsseite der Sekundärwicklung 2b durch den
Widerstand 5 begrenzt ist, wird die an der Sekundärwicklung
2b entwickelte Spannung auf die Hochspannungsseite und die
Niederspannungsseite aufgeteilt, ohne Überlagerung auf der
Vorspannung.
Zum Zeitpunkt des Beginns des Stromflusses in die
Primärwicklung 2a, selbst wenn die Spannung positiver
Polarität an der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b
entwickelt wird, da der Entladestrom aus dem Kondensator 8 in
die Niederspannungsseite der Sekundärspannung 2b durch den
Widerstand 5, wie oben beschrieben, begrenzt wird, wird die
Spannung positiver Polarität, welche an der
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b entwickelt wird,
unterdrückt, so dass es keinen Fall gibt, bei welchem die
Zündkerze 4 sich entlädt.
Nachfolgend, zum Zeitpunkt der Unterbrechung des
Primärstroms, wenn die Zündhochspannung auf der
Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b entwickelt wird,
damit sich die Zündkerze 4 entlädt, fließt der Sekundärstrom
12, welcher der Zündstrom ist, auf einem Pfad, der durch die
Diode 6 läuft, wie durch einen durchgezogenen Pfeil in Fig. 1
angedeutet, um dadurch den Kondensator 8 auf eine
vorbestimmte Spannung aufzuladen.
Ebenso, da durch die Entladung der Zündkerze 4 Ionen erzeugt
werden, fließt der Tonenstrom i in einem Pfad, der durch den
Widerstand 5 verläuft, wie durch einen gestrichelten Pfeil in
Fig. 1 angedeutet.
Auf diese Weise, mit der Parallelschaltung aus der Diode 6
und dem Strombegrenzungswiderstand 5, fließt der
Sekundärstrom I2 zum Zeitpunkt der Zündsteuerung in die Diode
6, ohne in den Widerstand 5 zu fließen. Da dies den
Potentialunterschied zwischen beiden Enden des Widerstands 5
abfallen lässt, wird das Zündverhalten verbessert.
Ebenso, zum Zeitpunkt des Startens des Primärstromflusses, da
die Strombegrenzungsfunktion des Widerstands 5 wirksam wird,
wird der Entladestrom aus dem Kondensator 8 in die
Sekundärwicklung 2b begrenzt, um eine Fehlsteuerung und einen
Abfall der Vorspannung zu verhindern.
In dem Fall, dass eine Unterbrechung an einer durch (A) in
Fig. 1 angegebenen Position oder eine Fehlzündung in der
Zündkerze 4 auftritt, wird eine Hochspannung an der
Niederspannungsseite der Sekundärwicklung entwickelt, so dass
die Hochspannung positiv und negativ oszilliert bzw.
ausschlägt. Wie jedoch in Fig. 2 gezeigt, wird die Spannung
an der positiven Seite durch eine Lawinenspannung VZ7 über
der Zener-Diode 7 zur Begrenzung der Vorspannung unterdrückt,
wohingegen die Spannung an der negativen Seite durch eine
Lawinenspannung VZ9 über der Zener-Diode 9, welche als
Unterdrückungseinrichtung angeordnet ist, unterdrückt wird.
Ebenso verhindert die Diode 10, welche in Reihe mit der
Zener-Diode 9 geschaltet ist, den Sekundärstrom daran, nicht
in die Vorspannungsschaltung zu fließen, sondern direkt zur
Erde durch die Unterdrückungseinrichtung, zu einem
Normalzeitpunkt, zu welchem keine Unterbrechung auftritt.
Mit der obigen Struktur wird in dieser Ausführung, selbst in
dem Fall, wo eine Unterbrechung an einer durch (A)
angegebenen Position in dem Sekundärstrompfad oder eine
Fehlzündung in der Zündkerze auftritt, eine auf der
Niederspannungsseite der Sekundärwicklung entwickelte
Spannung unterdrückt, so dass verhindert werden kann, dass
die Hochspannung in Schaltungsteile der Ionenstrom-
Erfassungseinrichtung, in Teile anderer Schaltungen, usw.
streut, und folglich der Normalbetrieb als Zündvorrichtung
aufrechterhalten werden kann.
Fig. 3 ist ein Strukturdiagramm, welches eine
Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer zweiten
Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei Teile, die
jenen in Fig. 1 entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen
beschrieben sind und deren erneute Beschreibung wird
weggelassen.
Bei dieser Ausführung ist die Diode 10 zur Verhinderung einer
Stromzufuhr zum Nichtunterbrechungs-Zeitpunkt, welche in
Reihe mit der Zener-Diode 9 zur Begrenzung einer Spannung zum
Unterbrechungszeitpunkt zwischen der Niederspannungsseite der
Sekundärwicklung 2b und der Erde angeschlossen ist, ersetzt
durch einer Zener-Diode 11 für einen Sekundärstrompfad zum
Unterbrechungszeitpunkt in Fig. 1. Die Zener-Diode 9 und die
Zener-Diode 11 bilden eine Unterdrückungseinrichtung zur
Unterdrückung einer Hochspannung, die sich auf der
Niederspannungsseite der Sekundärwicklung entwickelt, wenn
der Sekundärstrompfad unterbrochen wird oder eine Fehlzündung
in der Zündkerze 4 auftritt.
Die Lawinenspannung über der Zener-Diode 11 für den
Sekundärstrompfad zum Unterbrechungszeitpunkt ist höher
eingestellt als die Lawinenspannung über der Zener-Diode 7
zur Begrenzung der Vorspannung, auf solch eine Weise, dass
der Sekundärstrom daran gehindert wird, nicht in die
Vorspanneinrichtung, sondern direkt zur Erde durch die
Unterdrückungseinrichtung zu fließen. Die übrigen Strukturen
sind mit jenen in Fig. 1 identisch.
In der Folge wird der Betrieb beschrieben. Der Normalbetrieb
ist identisch mit jenem in Fig. 1, und seine Beschreibung
wird weggelassen.
In dem Fall, dass eine Unterbrechung an einer durch (A) in
Fig. 3 angegebenen Position bzw. eine Fehlzündung in der
Zündkerze 4 auftritt, entwickelt sich eine Hochspannung auf
der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung, so dass die
Hochspannung positiv und negativ oszilliert bzw. ausschlägt.
Wie jedoch in Fig. 2 gezeigt, wird die Spannung auf der
Positivseite durch eine Lawinenspannung VZ7 über der Zener-
Diode 7 zur Begrenzung der Vorspannung unterdrückt,
wohingegen die Spannung auf der Negativseite durch die
Lawinenspannung VZ9 über der Zener-Diode 9, die als
Unterdrückungseinrichtung angeordnet ist, unterdrückt wird.
Ebenso hindert die Zener-Diode 11, welche in Reihe mit der
Zener-Diode 9 geschaltet ist, den Sekundärstrom zu einem
Normalzeitpunkt, an dem keine Unterbrechung auftritt daran,
nicht in die Vorspannschaltung sondern direkt zur Erde durch
die Unterdrückungseinrichtung zu einem Normalzeitpunkt zu
fließen.
In dem Fall, dass eine Unterbrechung an Positionen auftritt,
die durch (B) und (C) in Fig. 3 angegeben werden, da der
Sekundärstrom I2 durch die Zener-Diode 9 und die Zener-Diode
11 zur Erde fließt, wie durch eine gestrichelte Linie in der
Figur angegeben, wird der Sekundärstrompfad sichergestellt.
Ebenso, zum Normalzeitpunkt, zu welchem keine Unterbrechung
geschieht, fließt der Sekundärstrom I2 zur Zener-Diode 7 und
der Seite des Kondensators 8 als Vorspanneinrichtung, wie
durch eine durchgezogene Linie in der Figur angegeben.
Mit der obigen Struktur wird bei dieser Ausführung, selbst in
dem Fall, dass eine Unterbrechung an der durch (A)
angegebenen Position im Sekundärstrompfad oder eine
Fehlzündung in der Zündkerze auftritt, eine an der
Niederspannungsseite der Sekundärwicklung entwickelte
Spannung unterdrückt, so dass verhindert werden kann, dass
die Hochspannung in Schaltungsteile der Ionenstrom-
Erfassungseinrichtung, in Teile anderer Schaltungen, usw.
streut, und folglich der Normalbetrieb als Zündvorrichtung
aufrechterhalten werden kann.
Zusätzlich, da der Sekundärstrompfad stets sichergestellt
wird, selbst in dem Fall, dass eine Unterbrechung an
Positionen des Sekundärstrompfades auftreten, die durch (B)
und (C) angegeben werden, kann der Normalbetrieb als
Zündvorrichtung aufrecht erhalten werden.
Fig. 4 ist ein Strukturdiagramm, welches eine
Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer dritten
Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei Teile, die
jenen in Fig. 1 entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen
bezeichnet werden, und deren erneute Beschreibung wird
weggelassen.
In dieser Ausführung werden ein Widerstand 5, eine Diode 6,
eine Zener-Diode 7 und ein Kondensator 8 mit einem
Isolierdichtstoff bzw. einer Isolierversiegelung 40 der
Zündspule 2 abgedichtet bzw. versiegelt, welcher Stoff z. B.
aus Epoxidharz usw. besteht. Die weiteren Strukturen sind
identisch mit jenen in Fig. 1, außer dass die Zener-Diode 9
und die Diode 10, welche als Unterbrechungs-Gegenmaßnahmen,
wie oben beschrieben, angeordnet sind, weggelassen sind.
Dementsprechend ist ihr Betrieb identisch mit jenem der Fig.
1, außer dass der Betrieb der Zener-Diode 9 und der Diode 10
weggelassen wird, und daher seine Beschreibung weggelassen
wird.
Wie oben beschrieben, da der Abschnitt der
Niederspannungsseite der Sekundärwicklung, bei welcher die
Hochspannung aufgrund der Sekundärstrompfad-Unterbrechung
sich entwickelt, im Wesentlichen mit dem Isolierdichtstoff 40
versiegelt ist, wird ein Streuen der Hochspannung verhindert.
Ebenso wird das Potential an dem Knoten der Zener-Diode 7 und
der Diode D1 in dem Fall, wo die Hochspannung sich an der
Niederspannungsseite der Sekundärwicklung aufgrund der
Unterbrechung des Sekundärstrompfades entwickelt, nicht zu
einer Hochspannung, da der Knoten mit der Ionenstrom-
Erfassungseinrichtung 30 verbunden ist, und ein Strom, der im
Wesentlichen der sich an jenem Knoten entwickelnden Spannung
entspricht, durch die Diode D1 zur Erde fließt.
Wie oben beschrieben, wird gemäß dieser Erfindung eine
Entladung zwischen jeweiligen Teilen oder zu einer anderen
Vorrichtung aufgrund der Spannung, welche sich entwickelt,
wenn eine Unterbrechung des Sekundärstrompfades oder eine
Fehlzündung der Zündkerze auftritt, verhindert, da die
Vorspanneinrichtung, welche den Kondensator, usw. enthält,
und die Strombegrenzereinrichtung, welche den Widerstand,
usw. enthält, mit dem Isolierdichtstoff der Zündspule
versiegelt sind.
Die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführung
der Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und
Beschreibung präsentiert. Sie hat nicht den Zweck,
erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die präzise
offenbarte Form zu beschränken, und Modifikationen sowie
Variationen sind im Lichte der obigen Lehre möglich oder
können durch Umsetzung der Erfindung in Erfahrung gebracht
werden. Die Ausführungen wurden gewählt und beschrieben, um
die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu
erklären, damit es einem Fachmann ermöglicht wird, die
Erfindung in verschiedenen Ausführungen und mit verschiedenen
Modifikationen zu verwenden, wie es für die bestimmte, in
Betracht gezogene Verwendung geeignet ist.
Claims (5)
1. Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, umfassend:
eine Zündspule, die aus einem Transformator (2) gebildet wird, der eine Primärwicklung (2a) und eine Sekundärwicklung (2b) hat, zur Entwicklung einer negativen Zündhochspannung auf einer Hochspannungsseite der Sekundärwicklung (2b), wenn der Strom in die Primärwicklung (2a) unterbrochen wird;
eine Zündkerze (4), die mit der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung (2b) verbunden ist, wobei die Zündhochspannung an die Zündkerze (4) angelegt wird;
eine Vorspanneinrichtung (7, 8) zur Ladung einer positiven Vorspannung, die notwendig ist zur Erfassung von Ionen, die erzeugt werden, wenn die Zündkerze (4) sich beim Anlegen der Zündhochspannung entlädt;
eine Strombegrenzereinrichtung (5, 6), die zwischen der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung (2b) und der Vorspanneinrichtung (7, 8) angeordnet ist, zur Unterdrückung des Abfalls der Vorspannung;
eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (30) zur Erfassung eines Entladestroms aus der Vorspanneinrichtung (7, 8) als ein Ionenstrom, der durch die Zündkerze (4) fließt;
eine elektronische Steuereinheit (20) zur Erfassung eines Verbrennungszustandes in der Zündkerze auf der Grundlage eines Erfassungswertes der Ionenstrom- Erfassungseinrichtung (30); und
eine Unterdrückungseinrichtung (9, 10; 9, 11) zur Unterdrückung einer Spannung, die sich entwickelt, wenn der Pfad, durch welchen der Ionenstrom fließt, unterbrochen wird.
eine Zündspule, die aus einem Transformator (2) gebildet wird, der eine Primärwicklung (2a) und eine Sekundärwicklung (2b) hat, zur Entwicklung einer negativen Zündhochspannung auf einer Hochspannungsseite der Sekundärwicklung (2b), wenn der Strom in die Primärwicklung (2a) unterbrochen wird;
eine Zündkerze (4), die mit der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung (2b) verbunden ist, wobei die Zündhochspannung an die Zündkerze (4) angelegt wird;
eine Vorspanneinrichtung (7, 8) zur Ladung einer positiven Vorspannung, die notwendig ist zur Erfassung von Ionen, die erzeugt werden, wenn die Zündkerze (4) sich beim Anlegen der Zündhochspannung entlädt;
eine Strombegrenzereinrichtung (5, 6), die zwischen der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung (2b) und der Vorspanneinrichtung (7, 8) angeordnet ist, zur Unterdrückung des Abfalls der Vorspannung;
eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (30) zur Erfassung eines Entladestroms aus der Vorspanneinrichtung (7, 8) als ein Ionenstrom, der durch die Zündkerze (4) fließt;
eine elektronische Steuereinheit (20) zur Erfassung eines Verbrennungszustandes in der Zündkerze auf der Grundlage eines Erfassungswertes der Ionenstrom- Erfassungseinrichtung (30); und
eine Unterdrückungseinrichtung (9, 10; 9, 11) zur Unterdrückung einer Spannung, die sich entwickelt, wenn der Pfad, durch welchen der Ionenstrom fließt, unterbrochen wird.
2. Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Unterdrückungseinrichtung (9,
10; 9, 11) eine erste Diode (9) und eine zweite Diode
(10, 11) umfasst, welche in Reihe zwischen der
Niederspannungsseite der Sekundärwicklung (2b) und der
Erde geschaltet sind.
3. Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Diode (9) eine Zener-
Diode umfasst.
4. Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste (9) und zweite (10, 11)
eine Zener-Diode umfassen.
5. Verbrennungszustand-Erfassungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, umfassend:
eine Zündspule, die aus einem Transformator (2) gebildet wird, der eine Primärwicklung (2a) und eine Sekundärwicklung (2b) hat, zur Entwicklung einer negativen Zündhochspannung auf einer Hochspannungsseite der Sekundärwicklung (2b), wenn der Strom in die Primärwicklung (2a) unterbrochen wird;
eine Zündkerze (4), die mit der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die Zündhochspannung an die Zündkerze (4) angelegt wird;
eine Vorspanneinrichtung (7, 8) zur Ladung einer positiven Vorspannung, die notwendig ist zur Erfassung von Ionen, die erzeugt werden, wenn die Zündkerze (4) sich beim Anlegen der Zündhochspannung entlädt;
eine Strombegrenzereinrichtung (5, 6), die angeordnet ist zwischen der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung (2b) und der Vorspanneinrichtung (7, 8), zur Unterdrückung des Abfalls der Vorspannung;
eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (30) zur Erfassung eines Entladestroms aus der Vorspanneinrichtung (7, 8) als Ionenstrom, der durch die Zündkerze (4) fließt; und
eine elektronische Steuereinheit (20) zur Erfassung des Verbrennungszustandes in der Zündkerze (4) auf der Grundlage eines Erfassungswertes der Ionenstrom- Erfassungseinrichtung (30),
wobei die Vorspanneinrichtung (7, 8) und die Strombegrenzungseinrichtung (5, 6) mit einer Isolierversiegelung der Zündspule versiegelt sind.
eine Zündspule, die aus einem Transformator (2) gebildet wird, der eine Primärwicklung (2a) und eine Sekundärwicklung (2b) hat, zur Entwicklung einer negativen Zündhochspannung auf einer Hochspannungsseite der Sekundärwicklung (2b), wenn der Strom in die Primärwicklung (2a) unterbrochen wird;
eine Zündkerze (4), die mit der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die Zündhochspannung an die Zündkerze (4) angelegt wird;
eine Vorspanneinrichtung (7, 8) zur Ladung einer positiven Vorspannung, die notwendig ist zur Erfassung von Ionen, die erzeugt werden, wenn die Zündkerze (4) sich beim Anlegen der Zündhochspannung entlädt;
eine Strombegrenzereinrichtung (5, 6), die angeordnet ist zwischen der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung (2b) und der Vorspanneinrichtung (7, 8), zur Unterdrückung des Abfalls der Vorspannung;
eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (30) zur Erfassung eines Entladestroms aus der Vorspanneinrichtung (7, 8) als Ionenstrom, der durch die Zündkerze (4) fließt; und
eine elektronische Steuereinheit (20) zur Erfassung des Verbrennungszustandes in der Zündkerze (4) auf der Grundlage eines Erfassungswertes der Ionenstrom- Erfassungseinrichtung (30),
wobei die Vorspanneinrichtung (7, 8) und die Strombegrenzungseinrichtung (5, 6) mit einer Isolierversiegelung der Zündspule versiegelt sind.
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