DE202017105112U1

DE202017105112U1 - Mehrfachimpuls-Zündsystemsteuerung

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Publication number: DE202017105112U1
Application number: DE202017105112.9U
Authority: DE
Original assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2027-08-26

Abstract

Zündschaltung, umfassend: eine Steuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie von einer Motorsteuereinheit ein Befehlssignal empfängt, wobei die Steuerschaltung so konfiguriert ist, dass sie infolge des Befehlssignals ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal erzeugt, wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal nacheinander Folgendes einschließt: einen ersten Impulszyklus mit einem ersten Betriebszyklus; einen zweiten Impulszyklus mit einem zweiten Betriebszyklus; und einen Verweilzeitraum, während dem das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kontinuierlich bei einem logischen hohen Wert bleibt; einen Zündschalter, der mit der Steuerschaltung gekoppelt ist, wobei der Zündschalter so konfiguriert ist, dass er das Mehrfachimpuls-Antriebssignal von der Steuerschaltung empfängt, wobei der Zündschalter so konfiguriert ist, dass er infolge des Mehrfachimpuls-Antriebssignals: mithilfe des Stroms, der mittels des Zündschalters durch eine Zündspule geleitet wird, Energie in der Zündspule speichert; und mit der in der Zündspule gespeicherten Energie einen Funken in einer Zündkerze, die mit der Zündspule gekoppelt ist, initiiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenlegung betrifft Zündsysteme, wie Zündsysteme zum Gebrauch in einem Fahrzeugmotor. Insbesondere betrifft die Offenlegung Zündsysteme und die Steuerung solcher Zündsysteme, die Spannungssprünge (z. B. Spannungsspitzen) verhindern, die eine inkorrekte Funkenbildung einer Zündkerze in einem Zündsystem verhindern, eine größere Toleranz auf Signalschwankungen zulassen und/oder die Empfindlichkeit des Betriebs auf Temperaturschwankungen reduzieren.
HINTERGRUND
Zündsystemsteuerung ist ein wichtiger Teil moderner Zündspulenvorrichtungen und -systeme, wie sie in Autos und anderen Fahrzeugen, die einen Verbrennungsmotor aufweisen, verwendet werden können. Ohne korrekte Zündsystemsteuerung können Zündkerzen zu ungeeigneten Zeiten zünden, was zu Vorzündung führt (die auch als Motorklopfen bezeichnet werden kann). Wiederholtes Auftreten von vorzeitiger Zündung oder engine knocking kann dazu führen, dass Motorteile beschädigt oder zerstört werden.
Es wurden unterschiedliche Ansätze verwendet, um Spannungsspitzen, wie „Einschalt-”Spannungsspitzen eines Zündungsbipolartransistors mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), die unerwünschtes Zünden hervorrufen können, zu verhindern. Zum Beispiel kann in einigen aktuellen Ausführungsformen eine Hochspannungs-(HV-)Diode verwendet werden, um solche Spannungsspitzen zu verhindern. Jedoch entstehen durch das Einfügen einer solchen HV-Diode unerwünschte zusätzliche Kosten (z. B. Herstellungskosten) für die zugehörige Zündsteuerschaltung.
In anderen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Steuerschaltung hinzugefügt werden, um solche Spannungsspitzen zu verhindern. Jedoch kann eine solche Steuerschaltung in vielen Ausführungsformen unerwünscht sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Unter einem allgemeinen Gesichtspunkt kann eine Zündschaltung eine Steuerschaltung einschließen, die mit einer Motorsteuereinheit (ECU) gekoppelt ist, um ein Befehlssignal von der ECU zu empfangen. Die Steuerschaltung kann einen Mehrfachimpulsgenerator einschließen, der so konfiguriert ist, dass er infolge des Befehlssignals ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal erzeugt. Das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kann einen ersten Impulszyklus mit einem ersten Betriebszyklus, einen zweiten Impulszyklus mit einem zweiten Betriebszyklus und einen Verweilzeitraum, während dem das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kontinuierlich auf einem logischen hohen Wert bleibt, einschließen. Die Steuerschaltung kann so konfiguriert sein, dass sie das Mehrfachimpuls-Antriebssignal an einen Zündschalter bereitstellt, der mit der Steuerschaltung gekoppelt ist, um das Mehrfachimpuls-Antriebssignal zu empfangen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen, die nicht unbedingt maßstabsgerecht gezeichnet sind, können gleiche Zahlen ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Ansichten beschreiben. Gleiche Zahlen mit unterschiedlichen Buchstabensuffixen können unterschiedliche Instanzen ähnlicher Komponenten darstellen. Die Zeichnungen stellen generell beispielhaft, jedoch nicht einschränkend, verschiedene im vorliegenden Dokument erörterte Ausführungsformen dar.
1A ist ein schematisches/Blockdiagramm, das eine Zündschaltung veranschaulicht.
1B ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerschaltung veranschaulicht, die in der Zündschaltung von 1A implementiert sein kann.
2 ist ein Signalzeitdiagramm, das ein Befehlssignal und ein entsprechendes Antriebssignal veranschaulicht, die in der Zündschaltung von 1 implementiert sein können.
3 ist ein Signalzeitdiagramm, das eine Einschaltspannungsspitzenmessung der Zündschaltung von 1A unter Verwendung der Signale von 2 veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das ein Befehlssignal und ein entsprechendes Mehrfachimpuls-Antriebssignal schematisch veranschaulicht.
5 ist ein Signalzeitdiagramm, das ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal, das in der Zündschaltung von 1A und der Steuerschaltung von 1B implementiert sein kann, und eine entsprechende Spannung an einer sekundären Wicklung einer Zündspule der Zündschaltung von 1A veranschaulicht.
6 und 7 sind Signalzeitdiagramme, die einen Bereich von Impulszykluszeiten veranschaulichen, die mithilfe eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals in der Zündschaltung von 1A und der Steuerschaltung von 1B implementiert sein können.
8, 9 und 10 sind Signalzeitdiagramme, die den Betrieb der Zündschaltung von 1A und der Steuerschaltung von 1B mithilfe eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals über einen Bereich von Temperaturen veranschaulichen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zündsystemsteuerung ist ein wichtiger Teil moderner Zündspulenvorrichtungen und -systeme. Ohne korrekte Zündsystemsteuerung können Zündkerzen zu ungeeigneten Zeiten zünden, was zu Vorzündung oder Motorklopfen, wie vorstehend erwähnt, führt. 1A ist ein schematisches/Blockdiagramm, das eine beispielhafte Implementierung einer Zündsteuerschaltung (Zündschaltung oder Schaltung) 100, die solche Vorzündung verhindern kann, veranschaulicht. Zum Beispiel kann die Zündschaltung 100 so konfiguriert sein, dass sie ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal zum Steuern der Ladung einer Zündspule und Erzeugen eines Funkens in einer Zündkerze der Zündschaltung bereitstellt. Zum Beispiel kann ein solches Mehrfachimpuls-Antriebssignal eine Mehrzahl von Impulsen (z. B. zwei oder mehr Impulse) einschließen, worauf eine Verweilzeit folgt (z. B. in der das Antriebssignal auf einem konstanten logischen Pegel bleibt). Beispiele für Mehrfachimpuls-Antriebssignale sind nachstehend in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Wie in 1A dargestellt, weist die Zündschaltung 100 eine integrierte Steuerung (IC) 110 und eine Zündung (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT)) 120 auf. In einigen Ausführungsformen könnte der Zündungs-IGBT 120 mithilfe einer anderen Art von Zündschalter, wie einem Hochspannungs-Metalloxidhalbleiter-(-MOS-)Transistor implementiert werden. In dem Beispiel von 1A kann der Zündungs-IGBT 120 eine IGBT-Vorrichtung 122 und ein Widerstand-Diode-Netzwerk (Netzwerk) 124 aufweisen. Das Netzwerk 124 kann so konfiguriert sein, dass es eine Hochspannungsklemme für die Zündschaltung 100 definiert sowie den an einem Gate-Anschluss der IGBT-Vorrichtung 122 angelegten Strom begrenzt. Wie in 1A dargestellt kann die Zündschaltung 100 auch eine Zündspule 130 (z. B. einen Magnetkerntransformator) und eine Zündkerze 140 aufweisen.
Die Zündschaltung 100 von 1A weist auch einen Widerstand 180 auf (der auch als Erfassungswiderstand oder bezeichnet werden kann), der auf der Grundlage einer zeitlich wechselnden Spannung am Widerstand 180 verwendet werden kann, um einen Primärstrom in einer primären Wicklung der Zündspule 130 zu bestimmen. Der Widerstand 180 kann auch verwendet werden, um Änderungen in einer Primärstromsteilheit zu erkennen, z. B. um inkorrekte Funktion und/oder Störungen in der Zündsteuerschaltung 100 zu erkennen, wobei die Steuerschaltung 110 so konfiguriert sein kann, dass sie einen oder mehrere Schritte unternimmt, um die Auswirkungen solcher Störungen abzuschwächen.
Wie in 1A dargestellt, kann die Steuer-IC (Steuerschaltung) 110 mehrere Anschlüsse aufweisen. Zum Beispiel kann in der Schaltung 100 die Steuer-IC 110 die Anschlüsse 111, 112, 113 114 und 115 aufweisen. Diese Anschlüsse können jeweils ein einzelner Anschluss sein oder können jeweils mehrere Anschlusselemente aufweisen, abhängig von der bestimmten Ausführungsform und/oder dem bestimmten Anschluss. Zum Beispiel kann in der Steuer-IC 110 der Anschluss 111 mehrere Anschlusselemente aufweisen, die mit einer Motorsteuereinheit (ECU) 118 gekoppelt sind, um Signale von der ECU 118 zu empfangen oder an diese zu senden. Zum Beispiel kann die ECU 118 ein Befehlssignal (oder -signale) an die Steuer-IC 110 über den Anschluss 111 übertragen (z. B. an einem ersten Anschlusselement der mehreren Anschlusselemente von Anschluss 111), das verwendet wird bzw. die verwendet werden, um ein Antriebssignal zu erzeugen, wie Mehrfachimpuls-Antriebssignale, wie hierin beschrieben. In einigen Ausführungsformen können solche Mehrfachimpuls-Antriebssignale die Ladung der Zündspule 130 und die Funkenbildung der Zündkerze 140 (z. B. unter Verwendung von Energie, die während einer solchen Ladung in der Zündspule 130 gespeichert wird) steuern, während Spannungsspitzen, die zu Vorzündung führen, verhindert werden, was die Toleranz auf Schwankungen in der Signalzeit erhöht und/oder die Empfindlichkeit auf Betriebstemperatur der Zündsteuerschaltung 100 senkt.
Wie vorstehend erwähnt kann ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal mehrere Impulse (z. B. zwei oder mehr Impulse, wie zwei Impulse, drei Impulse, vier Impulse, fünf Impulse etc.) aufweisen, wobei jeder nachfolgende Impuls eine breitere Impulsbreite (einen größeren Betriebszyklus) aufweisen kann als sein vorheriger Impuls. In einigen Ausführungsformen kann die Impulszykluszeit (Zeitraum) für jeden Impuls eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals gleich (im Wesentlichen gleich) sein. Die mehreren Impulse können am Beginn eines Zündzyklus verwendet werden, um mit dem Speichern von Energie in einer zugehörigen Zündspule (z. B. der Zündspule 130) zu beginnen, um eine Funkenbildung in einer Zündkerze (z. B. der Zündkerze 140) zu initiieren und um ein Kraftstoffgemisch in einem Zylinder eines Motors zu verbrennen.
Als Beispiel eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals könnte ein erster Impuls des Mehrfachimpuls-Antriebssignals einen ersten Betriebszyklus von 50% und eine Impulszykluszeit von 10 μs (für eine Impulsbreite von 5 μs) aufweisen. Ein zweiter Impuls des Mehrfachimpulssignals könnte einen Betriebszyklus von 60% und eine Impulszykluszeit von 10 μs (für eine Impulsbreite von 6 μs) aufweisen. Ein dritter Impuls des Mehrfachimpulssignals könnte einen Betriebszyklus von 70% und eine Impulszykluszeit von 10 μs (für eine Impulsbreite von 7 μs) aufweisen. Ein vierter Impuls des Mehrfachimpulssignals könnte einen Betriebszyklus von 80% und eine Impulszykluszeit von 10 μs (für eine Impulsbreite von 8 μs) aufweisen. Ein fünfter Impuls des Mehrfachimpulssignals könnte einen Betriebszyklus von 90% und eine Impulszykluszeit von 10 μs (für eine Impulsbreite von 9 μs) aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann ein Mehrfachimpulssignal weniger Impulse, mehr Impulse aufweisen, unterschiedliche Impulsbreiten aufweisen, und/oder die Impulse können eine unterschiedliche Impulszykluszeit (Zeitraum) aufweisen. Nach dem Bereitstellen der mehreren Impulse kann ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal ein Verweilzeitsignal aufweisen, wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal auf einem einzelnen logischen Pegel (z. B. logisch hoch) gehalten wird, um eine weitere Speicherung von Energie in der zugehörigen Zündspule zur Funkenerzeugung und Kraftstoffverbrennung für einen gegebenen Zündzyklus der Zündschaltung 100 zu ermöglichen.
In der Schaltung 100 von 1A (z. B. mithilfe der in 1B dargestellten Steuerschaltung 110) kann infolge des Empfangs eines solchen Mehrfachimpuls-Antriebssignals die IGBT-Vorrichtung 124 des Zündungs-IGBT 122 den Stromfluss (entsprechend dem Mehrfachimpuls-Antriebssignal) durch eine erste Seite (die primäre Wicklung) der Zündspule 130 regeln. Die Zündspule 130 kann eine Spannung auf der ersten Seite der Zündspule 130 in eine höhere Spannung auf einer zweiten Seite (sekundäre Wicklung) der Zündspule (auf Grundlage eines Verhältnisses von Windungen in der sekundären zu einer Anzahl von Windungen in der primären Wicklung) umwandeln, ohne Spannungsspitzen zu verursachen, die zu unerwünschter Funkenbildung der Zündkerze 140 (Vorzündung oder Motorklopfen) führen. Zum Beispiel können, da die Umwandlung (oder Verstärkung) der Spannung durch die Zündspule 130 (von der primären Wicklung zur sekundären Wicklung) auch Spannungsschwankungen verstärken kann (Spannungsspitze), Spannungsspitzen an der primären Wicklung verstärkt werden und solche unerwünschten Peakspannungen, oder Spannungsspitzen, an der sekundären Wicklung erzeugen (und Vorzündung hervorrufen). Ein Verwenden von Mehrfachimpuls-Antriebssignalen, wie hierin beschrieben, kann solche Spannungsspitzen verhindern (oder reduzieren) und kann als Folge das Auftreten solcher unerwünschter Zündung verhindern.
Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, kann infolge des Ausschaltens des Befehlssignals die Steuerschaltung 110 das Antriebssignal abschalten (z. B. nach einer Verweilzeit, in der die Zündspule 130 ausreichend geladen wird, um einen Funken in der Zündkerze 140 zu bilden und eine Kraftstoffmischung in einem zugehörigen Motorzylinder zu verbrennen). Zum Beispiel veranlasst nach einer Verweilzeit ein Abschalten des Antriebssignals, dass die IGBT-Vorrichtung 122 abgeschaltet wird, und bewirkt als Folge, dass der Stromfluss durch die primäre Wicklung der Zündspule 130 aufhört. Wenn der Stromfluss durch die primäre Wicklung der Zündspule 130 (und durch die IGBT-Vorrichtung 122) aufhört, kann in der primären Wicklung der Zündspule 130 gespeicherte Energie an die sekundäre Wicklung der Zündspule 130 (durch magnetische Induktion) übertragen werden, und diese übertragene Energie (und die verstärkte Spannung an der sekundären Wicklung) kann verwendet werden, um einen Funken in der Zündkerze 140 zu erzeugen und die Kraftstoffmischung zu verbrennen.
In mindestens einer Ausführungsform kann ein zweites Anschlusselement der mehreren Anschlusselemente des Anschlusses 111 verwendet werden, um von der Schaltung 100 an die ECU 118 ein oder mehrere Signale zu übertragen, die das Vorliegen eines Störungsmodus anzeigen, und/oder um anzuzeigen, dass die Schaltung 100 normal oder wie erwartet arbeitet. In anderen Ausführungsformen könnte der Anschluss 111 ein einzelner bidirektionaler Anschluss sein, der sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von solchen Signalen konfiguriert ist, z. B. Signale zum Steuern einer Zündungssequenz und Signale, die die Betriebsbedingungen der Zündschaltung 100 anzeigen.
In 1A kann der Anschluss 112 der Steuer-IC 110 ein Stromversorgungsanschluss sein, der eine Batteriespannung (V_bat) 170 empfängt, wie von einer Batterie eines Fahrzeugs, in dem die Zündschaltung 100 implementiert ist. In der Steuerschaltung 110 kann der Anschluss 113 verwendet werden, um ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal bereitzustellen, das infolge des Befehlssignals von der ECU 118 erzeugt wird. Das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kann dann ein Gate der IGBT-Vorrichtung 122 steuern (z. B. zum Steuern der Ladung der Zündspule 130 und zur Funkenbildung in der Zündkerze 140).
Wie in 1A dargestellt, kann ein Schalter 165 verwendet werden, um zwischen der Batteriespannung 170 und der elektrischen Erdung umzuschalten. Der Anschluss 114 der Steuer-IC 110 kann zum Empfangen eines Spannungssignals konfiguriert sein, z. B. einer zeitlich wechselnden Spannung über den R_sense-Widerstand 180 über jeden Zündzyklus, das als ein V_sense-Signal bezeichnet werden kann. Das am Anschluss 114 empfangene kann von der Steuerschaltung 110 zum Erkennen eines Stroms durch die primäre Wicklung der Zündspule 130 verwendet werden. Ferner kann in 1A der Anschluss 115 der Steuer-IC 110 ein Erdungsanschluss sein, der mit einer elektrischen Erdung für die Schaltung 100 verbunden ist.
1B ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform einer Steuerschaltung 110 veranschaulicht, die in der Zündschaltung 100 von 1A implementiert sein kann. Die Steuerschaltung 110 von 1B ist beispielhaft angegeben, und es sind Steuerschaltungen mit anderen Konfigurationen möglich. Zu Veranschaulichungszwecken wird die Steuerschaltung 110 in 1B unter weiterer Bezugnahme auf 1A beschrieben.
Wie in 1B dargestellt, kann die Steuerschaltung 110 eine Eingabeschaltung 185, einen Mehrfachimpulsgenerator 190 und eine Antriebsschaltung 195 einschließen. Die Eingabeschaltung 185 kann mit dem Anschluss 111 gekoppelt sein, um ein Befehlssignal von der ECU 118 der Zündschaltung 100 zu empfangen. Die Eingabeschaltung 185 kann mit dem Mehrfachimpulsgenerator 190 gekoppelt sein und kann eine Version des Befehlssignals (z. B. eine gefilterte und/oder verzögerte Version des Befehlssignals) an den Mehrfachimpulsgenerator 190 bereitstellen. Wie ebenfalls in 1B dargestellt ist, kann der Mehrfachimpulsgenerator 190 mit der Antriebsschaltung 195 gekoppelt sein. Der Mehrfachimpulsgenerator 190 kann so konfiguriert sein, dass er infolge der Version des von der Eingabeschaltung 185 empfangenen Befehlssignals ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal erzeugt, das der Antriebsschaltung 195 bereitgestellt wird. Die Antriebsschaltung 195 kann so konfiguriert sein, dass sie über den Anschluss 113 das Mehrfachimpuls-Antriebssignal (wie die hierin beschriebenen Mehrfachimpuls-Antriebssignale) an den Zündungs-IGBT 120 bereitstellt. Zum Beispiel kann der Mehrfachimpulsgenerator 190 eine Zeitsteuerschaltung aufweisen, die so konfiguriert ist, dass sie eine Anzahl von Impulsen, die Zeit (Impulszykluszeit) der Impulse, die Betriebszyklen (Impulsbreiten) der Impulse und/oder eine Verweilzeit des Mehrfachimpuls-Antriebssignals steuert. In einigen Ausführungsformen kann die Antriebsschaltung 195 in den Mehrfachimpulsgenerator 190 integriert sein.
2 ist ein Signalzeitdiagramm, das ein Beispiel eines Befehlssignals 211 und eines entsprechenden Antriebssignals 213 in einer Zündschaltung, wie der Zündschaltung 100 von 1, veranschaulicht, das zu unerwünschten Spannungspeaks (Spannungsspitzen) in einer sekundären Wicklung der Zündspule 130 führt, die unerwünschte Funkenbildung der Zündkerze 140 hervorrufen können (z. B. Vorzündung oder Motorklopfen). Zu Veranschaulichungszwecken wird das Zeitdiagramm von 2 unter weiterer Bezugnahme auf 1 beschrieben.
In der Zündschaltung 100 kann das Befehlssignal 211 von der ECU 118 am Anschluss 111 der Steuerschaltung 110 empfangen werden. Die Steuerschaltung 110 kann infolge des Befehlssignals 211 das Antriebssignal 213 erzeugen, z. B. mit einem Signalpuffer oder einer Gate-Antriebsschaltung, die in die Steuerschaltung 110 integriert sind. In diesem Beispiel wird das Befehlssignal 211 von der ECU 118 eingeschaltet (z. B. geht von logisch niedrig auf logisch hoch), und nach einem Verzögerungszeitraum wird das Antriebssignal 213 eingeschaltet (z. B. geht von logisch niedrig auf logisch hoch). Wie in 2 dargestellt, könnten IMPULSE eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals (wie die hierin beschriebenen Mehrfachimpuls-Antriebssignale) während des Verzögerungszeitraums nach dem Einschalten des Befehlssignals im Antriebssignal 213 implementiert werden. Wie hierin beschrieben, können solche IMPULSE unerwünschte Spannungsspitzen in einer Spannung der sekundären Wicklung der Zündspule 130 und somit das Auftreten der damit verbundenen Vorzündung verhindern.
Nach einer Verweilzeit DT wird das Befehlssignal 211 von der ECU ausgeschaltet (geht zu logisch niedrig), und infolgedessen wird das Antriebssignal 213 von der Steuerschaltung 110 nach dem Verzögerungszeitraum ausgeschaltet. Obwohl der Verzögerungszeitraum als ein gleicher Zeitraum zum Einschalten und Ausschalten des Antriebssignals dargestellt ist, können sich diese Zeiträume abhängig von der jeweiligen Ausführungsform voneinander unterscheiden.
Beim Betreiben der Zündschaltung 100 mithilfe der Signale von 2 kann die ECU 118 das Befehlssignal 211 an die Steuerschaltung 110 bereitstellen. Die Steuerschaltung 110 kann infolge des Befehlssignals 211 das Antriebssignal 213 mit der Verweilzeit DT an den Zündungs-IGBT 120 bereitstellen. Infolge des Antriebssignals 213 kann der Zündungs-IGBT veranlassen, dass Strom durch eine primäre Wicklung der Zündspule 130 fließt, sodass Energie für eine spätere Zündung gespeichert wird (um einen Funken in der Zündkerze 140 zu erzeugen). Wenn die ECU 118 bestimmt, dass ein Funke gebraucht wird, kann die ECU 118 das Befehlssignal 211 ausschalten, und als Folge kann die Steuerschaltung 110 das Antriebssignal 213 ausschalten, wodurch veranlasst wird, dass in der Zündspule 130 gespeicherte Energie einen Funken in der Zündkerze 140 erzeugt. Nach dem Erzeugen des Funkens kann die ECU 118 das Befehlssignal 211 wieder einschalten, wodurch auch das Antriebssignal wieder eingeschaltet wird (z. B. wie in der in 2 dargestellten Zeitsequenz), damit in Vorbereitung auf die nächste Funkenbildung wieder Energie in der Zündspule 130 gespeichert wird.
3 ist ein Signalzeitdiagramm, das eine Spannungsspitzenmessung an einer sekundären Wicklung einer Zündspule einer Zündschaltung veranschaulicht, wie sie in der Zündspule 130 der Zündschaltung 100 mithilfe des Befehlssignals 211 und des Antriebssignals 213 von 2 erfolgen kann. Entsprechend wird zu Veranschaulichungszwecken, wie bei der Erörterung von 2 oben, 3 unter weiterer Bezugnahme auf die Zündschaltung 100 von 1 beschrieben. Wie vorstehend im Bezug auf 2 erörtert, könnten IMPULSE eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals zu Beginn eines Antriebssignals (wie in 3 angegeben) implementiert werden, wobei solche IMPULSE solche Spannungsspitzen an der sekundären Wicklung der Zündspule 130 der Zündschaltung 100 verhindern können.
Das Signalzeitdiagramm von 3 veranschaulicht einen einzelnen Zündzyklus für die Zündschaltung 100. In 3 überlagert sich eine Anzahl von Signalen der Zündschaltung 100 während des dargestellten einzelnen Zündzyklus. Da sowohl Spannungs- als auch Stromsignale in 3 dargestellt sind und die Wertebereiche dieser Signale schwanken, sind die Signale nicht maßstabsgerecht zu einander dargestellt. Ferner sind der Klarheit halber Bezugslinien der Signalspuren in 3 dargestellt.
In 3 veranschaulicht die Signalspur 313 eine Spannung eines Antriebssignals, das von der Steuerschaltung 110 an den Zündungs-IGBT 120 bereitgestellt wird (das einem Befehlssignal von der ECU 118 in diesem Beispiel direkt entspricht), die Signalspur 330 veranschaulicht eine Spannung (V_sec) der sekundären Wicklung der Zündspule 130, die Signalspur 340 veranschaulicht einen Strom (I_prim) der primären Wicklung der Zündspule 130, und die Signalspur 350 veranschaulicht eine Kollektor-Emitter-Spannung (V_ce) der IGBT-Vorrichtung 122. Wie durch die Signalspur 330 in 3 dargestellt, gibt es eine Einschalt-Spannungsspitze in V_sec entsprechend dem Antriebssignal 313, das von logisch niedrig auf logisch hoch geht. In diesem Beispiel beträgt die Einschalt-Spannungsspitze V_sec ungefähr 2,5 Kilovolt (kV). Eine solche Einschalt-Spannungsspitze kann in der sekundären Wicklung der Zündspule 130 auftreten, mindestens teilweise, durch induktive Resonanz und Parasitärkapazität der Zündspule 130. In einigen Ausführungen, wie der Zündschaltung 100, können Einschalt-Spannungsspitzen von mehr als ungefähr 2 kV unerwünschte Funkenbildung aus der Zündkerze hervorrufen, die zu Vorzündung oder Motorklopfen in einem damit verbundenen Motorzylinder führen kann.
In einigen Zündschaltungsausführungsformen kann ein Begrenzen einer Spitzenspannung (z. B. Einschalt-Spannungsspitzen oder anderweitig) in einer sekundären Wicklung einer Zündspule (V_sec) beim Laden der Zündspule vor dem Induzieren eines Funkens unerwünschte Funkenbildung der Zündkerze verhindern. Zum Beispiel kann in der Zündschaltung 100 von 1 ein Begrenzen der Peakspannung der sekundären Wicklung der Zündspule 130 auf 2 kV oder weniger während des Ladens der Zündspule 130 eine unerwünschte Funkenbildung (Vorzündung oder Motorklopfen) verhindern.
Ein Ansatz, der zum Minimieren solcher Zündspulen-Spitzenspannungen und entsprechender unerwünschter Funkenbildung verwendet wurde, ist das Einfügen einer Hochspannungsdiode an der Zündkerzenseite der Zündspule (z. B. mit der sekundären Wicklung gekoppelt). Obwohl eine solche Verwendung einer Hochspannungsdiode Spannungsspitzen an der sekundären Wicklung (z. B. Einschalt-Spannungsspitzen) verhindern kann, erhöht das Einbeziehen der Hochspannungsdiode die Herstellungskosten der Zündschaltung. Andere Ansätze, die zum Minimieren solcher Zündspulen-Spitzenspannungen und entsprechender unerwünschter Funkenbildung ohne Verwendung einer Hochspannungsdiode verwendet wurden, um solche Spannungsspitzen zu verhindern, schließen entweder ein phasengesteuertes Einschalten eines Zündungs-IGBT oder ein langsames Erhöhen (einer Gate-Spannung) eines Zündungs-IGBT ein.
Im phasengesteuerten Einschaltverfahren kann die Abgabe eines Antriebssignals, das einen einzelnen, kurzen Impuls mit einem vorgegebenen (z. B. 50%) Betriebszyklus (einem Prozentsatz der Zeit des gesamten Impulszyklus, für den das Antriebssignal logisch hoch ist) vor einer Verweilzeit (z. B. in der das Antriebssignal logisch hoch bleibt) aufweist, helfen, eine Spitzenspannung zu reduzieren, die an einer sekundären Wicklung einer damit verbundenen Zündspule beobachtet wird (z. B. unter 2 kV). Jedoch können die Ergebnisse, die in solchen phasengesteuerten Einschaltansätzen erzielt werden von Schwankungen der Impulsbreite (d. h. von einer Impulszykluszeit bei einem Betriebszyklus von 50%) und Betriebsparametern einer damit verbundenen Zündspule abhängig sein. Ferner kann eine Impulsdauer, oder ein Betriebszyklus für eine gegebene Impulszykluszeit, die von einer Steuerschaltung einer Zündschaltung erzeugt wird, von Schaltung zu Schaltung variieren. Die Kombination von Impulsvarianz (z. B. Dauer und/oder Betriebszyklus) und Zündspulenparametervarianz kann sich vermischen, was eine erhebliche Schwankung in der Spitzenspannung von Zündschaltung zu Zündschaltung hervorruft, sogar innerhalb des Motors eines gegebenen Fahrzeugs. Als ein Beispiel der Abhängigkeit von der Schwankung von Impulszyklusdauer und Impulsbreite (ohne Berücksichtigung der Auswirkungen von Zündspulenparametervarianz) zeigte das Testen von mindestens einer Ausführungsform der Zündschaltung 100 von 1, dass mithilfe eines phasengesteuerten Einschaltansatzes Impulszykluszeiten (bei einem Betriebszyklus von 50%) zwischen 28 Mikrosekunden (μs) und 41 μs (nur +/–19% Abweichung von einem Mittel von 34,5 μs) sekundäre Spannungsspitzen über 2 kV verhinderten.
Im Verfahren der langsamen Erhöhung kann anstelle des Verwendens eines Antriebssignals mit einem schnell ansteigenden Rand (wie des Antriebssignals 213 in 2) die Schaltlogik in der Steuerschaltung einer Zündschaltung eingeschlossen sein, wobei die zugefügte Schaltlogik so konfiguriert sein kann, dass ein langsames Erhöhen für mindestens einen Teil des Einschaltens des Antriebssignals erzeugt wird (z. B. an einem Gate-Anschluss eines Zündungs-IGBT). Obwohl der Ansatz des langsamen Erhöhen Spitzenspannungen an einer sekundären Wicklung einer entsprechenden Zündspule reduzieren kann, sind solche Ansätze jedoch erheblicher Leistungsvariabilität über die Temperatur ausgesetzt, mindestens teilweise aufgrund temperaturabhängiger Eigenschaften von Zündungs-IGBT und Variabilität von IGBT-Vorrichtung zu IGBT-Vorrichtung.
Mithilfe eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals, wie in den hierin beschriebenen Ansätzen, wie den nachstehend im Bezug auf 4–10 erörterten, können Spannungsspitzen (z. B. an einer sekundären Wicklung einer Zündspule) im Vergleich zu dem Ansatz, der vorstehend im Bezug auf 2 und 3 erörtert ist (z. B. unter 2 kV reduziert) über einen größeren Bereich von Impulsschwankungen (Schwankungen der Impulsbreite und Impulszykluszeit) als bei dem phasengesteuerten Einschaltansatz und auch über einen größeren Temperaturbereich als bei dem Ansatz der langsamen Erhöhung reduziert (oder beseitigt) werden. Kurz, in mindestens einer Ausführungsform der Zündschaltung 100 von 1, die ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal implementiert, kann die Steuerschaltung 100 infolge eines Befehlssignals von der ECU 118 ein Antriebssignal an den Zündungs-IGBT 120 bereitstellen, das eine Reihe von Impulsen (z. B. 2 oder mehr Impulse, 4 oder mehr Impulse etc.) vor einer Verweilzeit des Antriebssignals aufweist, wobei das Antriebssignal dabei logisch hoch bleibt und Strom durch die primäre Wicklung der Zündspule 130 fließt, um Energie zum Initiieren eines Funkens in der Zündkerze 140 zu speichern.
In einigen Ausführungen können die jeweilige Betriebszyklen jedes folgenden Impulses der mehreren Impulse erhöht werden, während die gesamte Impulszykluszeit für jeden Impuls konstant bleibt. Mit anderen Worten kann der Betriebszyklus für jeden folgenden Impuls in Bezug auf einen vorherigen Impuls erhöht werden, während die gesamte Impulszykluszeit für jeden Impuls (z. B. vom Anstiegsrand eines Impulses zum Anstiegsrand eines nächsten Impulses) konstant bleibt (z. B. im Wesentlichen konstant innerhalb von Betriebstoleranzen einer entsprechenden Steuerschaltung). In solchen Ansätzen kann eine Gesamtzeit, während der die mehreren Impulse eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals bereitgestellt werden, erheblich kleiner als die Verweilzeit des Mehrfachimpulses sein. In einigen Ausführungsformen kann eine Verzögerungszeit (z. B. gleich einem Zeitraum, während dem die mehreren Impulse bereitgestellt werden) zu dem Verweilzeitabschnitt des Mehrfachimpuls-Antriebssignals hinzugefügt werden (z. B. wenn das Antriebssignal nach dem fallenden Rand des Befehlssignals von einer ECU für die Verzögerungszeit auf logisch hoch bleibt). Diese hinzugefügte Verzögerungszeit kann einen Verlust von Verweilzeit (Laden der Zündspule) aufgrund der Zeit, die zum Abgeben der mehreren Impulse des Gates des Zündungs-IGBT verwendet wird, ausgleichen. Wie nachstehend ausführlicher erläutert, kann ein Implementieren eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals in eine Zündschaltung, wie die Zündschaltung 100 von 1, das vier oder mehr Impulse mit zunehmendem Betriebszyklus und konstanter Impulszyklusdauer, Spannungsspitzenvarianz in der sekundären Wicklung der Zündspule 130 aufgrund von Impulsdauerschwankung (im Vergleich zu phasengesteuerten Ansätzen) und Temperaturvarianz (im Vergleich zu Ansätzen mit langsamer Erhöhung) aufweist, relativ unerheblich werden.
4 ist ein Diagramm, das Signale, einschließlich eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals, das in eine Zündschaltung, wie die Zündschaltung 100 von 1, implementiert werden kann, schematisch veranschaulicht. Dementsprechend wird zu Veranschaulichungszwecken das Diagramm von 4 unter weiterer Bezugnahme auf 1 beschrieben. In dem in 4 dargestellten Mehrfachimpulsansatz kann ein Befehlssignal 411 von der ECU 118 an die Steuerschaltung 110 der Zündschaltung 100 bereitgestellt werden. Infolge des Befehlssignals 411 kann die Steuerschaltung 110 ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal 413 an den Zündungs-IGBT 120 bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann das Befehlssignal 411 von der ECU 118 für eine gewünschte Verweilzeit eingeschaltet werden. Am Ende der gewünschten Verweilzeit kann das Befehlssignal 413 von der ECU 118 ausgeschaltet werden.
Wie in 4 dargestellt, kann durch das Einschalten des Befehlssignals 411 (von logisch niedrig zu logisch hoch) die Steuerschaltung 110 als Teil des Mehrfachimpuls-Antriebssignals 413 eine Reihe von N Impulsen (z. B. wobei N 2 oder mehr, 4 oder mehr etc. ist) ausgeben, bevor das Mehrfachimpuls-Antriebssignal 413 für die Verweilzeit (während derer das Mehrfachimpuls-Antriebssignal 413 logisch hoch bleibt, um Energie zum Initiieren eines Funkens in der Zündspule 130 zu speichern) eingeschaltet wird. Wie in 4 dargestellt, ist ein Höhepunkt in dem Mehrfachimpuls-Antriebssignal 413 enthalten, wobei der Höhepunkt den Abschnitt des Mehrfachimpuls-Antriebssignals angibt, während dessen die N Impulse ausgegeben werden. In 4 sind die N Impulse (mit der jeweiligen Dauer D1, D2 ... D_n-1, D_n für die in 4 dargestellten Impulse) innerhalb des Höhepunkts des Mehrfachimpuls-Antriebssignals 413 schematisch in einer vergrößerten Ansicht 420 in 4 dargestellt.
Wie in der vergrößerten Ansicht 420 in 4 dargestellt, kann eine Zykluszeit T für jeden der N Impulse konstant bleiben (z. B. im Wesentlichen konstant innerhalb von Betriebstoleranzen der Steuerschaltung 110), während eine Impulsbreite (Betriebszyklus) jedes folgenden Impulses zunimmt. Mit anderen Worten ist eine Dauer (Impulsbreite) D₁ (oder Betriebszyklen) des ersten Impulses, der in der vergrößerten Ansicht 420 dargestellt ist, kleiner als eine Dauer (oder ein Betriebszyklus) späterer Impulse (z. B. die zweite Dauer D₂, die dritte Dauer D_n-1 und die vierte Dauer D_n, die in der vergrößerten Ansicht 420 dargestellt sind).
Infolge des Ausschaltens des Befehlssignals 411 (von logisch hoch zu logisch niedrig) kann das Mehrfachimpuls-Antriebssignal 413 nach einer Verzögerungszeit Delay ausgeschaltet werden, wodurch veranlasst wird, dass kein Strom mehr in einer primären Wicklung der Zündspule 130 fließt und ein Funken in der Zündkerze 140 initiiert wird. Die Verzögerungszeit Delay, wie in der vergrößerten Ansicht 420 dargestellt, kann gleich einer Zeitspanne sein, während derer die mehreren N Impulse des Mehrfachimpuls-Antriebssignals an den Zündungs-IGBT 120 von der Steuerschaltung 110 bereitgestellt werden. Die Verzögerungszeit Delay kann in einigen Ausführungsformen dem Verweilzeitraum (während dessen der Induktor Energie speichert) Zeit hinzufügen, um die Zeitspanne (Delay in diesem Beispiel) auszugleichen, die verwendet wird, um die N Impulse des Mehrfachimpuls-Antriebssignals 413 auszugeben. In einigen Ausführungsformen kann die Verzögerungszeit Delay, die dem Verweilzeitraum hinzugefügt wird, gleich der Gesamtzeit der N Impulszyklen sein (wie in 4 dargestellt), kann kleiner als die Gesamtzeit der N Impulszyklen sein oder kann größer als die Gesamtzeit der N Impulszyklen sein. Wie hierin beschrieben, kann in einigen Ausführungen ein Betriebszyklus jedes der N Impulse mit jedem folgenden Impuls ansteigen, während eine Zykluszeit T jedes Impulses (z. B. eine Zeit vom ansteigenden Rand eines Impulses zu einem nächsten ansteigenden Rand, egal ob der Rand eines nächsten Impulses oder ein ansteigender Rand am Anfang des Verweilzeitraums) konstant bleibt.
5 ist ein Signalzeitdiagramm, das die Testergebnisse entsprechend einer Ausführungsform eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals (mit vier Impulsen) in einer Zündschaltung, wie der Zündschaltung 100 von 1, veranschaulicht. Dementsprechend wird zu Veranschaulichungszwecken das Signalzeitdiagramm von 5 unter weiterer Bezugnahme auf 1 beschrieben.
In 5, wie in 3, wird eine Anzahl von Signalen der Zündschaltung 100 während einer einzelnen Mehrfachimpuls-Zündsequenz überlagert. Da sowohl Spannungs- als auch Stromsignale in 5 dargestellt sind und die Wertebereiche dieser Signale schwanken, sind die Signale nicht maßstabsgerecht zu einander dargestellt. Ferner können der Klarheit halber Bezugslinien der Signalspuren in 5 auf der y-Achse verschoben werden, sodass jedes Signal von den anderen unterschieden werden kann.
In 5 veranschaulicht die Signalspur 513 eine Spannung eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals, das von der Steuerschaltung 110 an den Zündungs-IGBT 120 bereitgestellt wird (wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal in diesem Beispiel von der Steuerschaltung 110 infolge eines Befehlssignals von der ECU 118 erzeugt wird), die Signalspur 530 veranschaulicht eine Spannung (V_sec) der sekundären Wicklung der Zündspule 130, die Signalspur 540 veranschaulicht einen Strom (I_prim) der primären Wicklung der Zündspule 130, und die Signalspur 550 veranschaulicht eine Kollektor-Emitter-Spannung (V_ce) der IGBT-Vorrichtung 122. In diesem Beispiel wurde ein Peak der Spannung V_sec 1,6 kV beobachtet, der unter dem vorstehend erörterten Schwellenwert von 2 kV, unter den in 3 dargestellten 2,5 kV (für den Zeitansatz von 2, in einer gleichen Zündschaltung implementiert) und auch unter den 1,9 kV, die für einen phasengesteuerten Einschaltansatz in einer gleichen Zündschaltung beobachtet wurden, liegt.
In dem in 5 dargestellten Ansatz haben die vier Impulse des Mehrfachimpuls-Antriebssignals 513 konstante Impulszyklusdauern und zunehmende Impulsbreiten (Betriebszyklen) für jeden folgenden Impulszyklus. Solche Mehrfachimpuls-Zündsequenzansätze können ermöglichen, dass eine Spannung an einer sekundären Seite der Zündspule 130 (einer Zündkerzenseite der Zündspule 130) langsamer ansteigt als bei Verwendung des Ansatzes von 2 oder eines phasengesteuerten Einschaltansatzes, was zu einer Reduzierung der Peakspannung (z. B. Spannungsspitzen) in der sekundären Wicklung der Zündspule 130 führt.
6 und 7 sind Signalzeitdiagramme, die einen Bereich von Impulszykluszeiten veranschaulichen, die mithilfe eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals in der Zündschaltung von 1 implementiert sein können. Das heißt, 6 und 7 sind Signalzeitdiagramme, die den Betrieb der Zündschaltung von 1 unter Verwendung eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals (mit vier Impulsen mit zunehmenden Impulsbreiten) über einen Bereich von Impulszykluszeiten in der Zündschaltung 100 veranschaulichen. Dementsprechend werden die Signalzeitdiagramme von 6 und 7 unter weiterer Bezugnahme auf 1 beschrieben.
In 6 und 7, wie in 3 und 5, wird eine Anzahl von Signalen der Zündschaltung 100 während der einzelnen Mehrfachimpuls-Zündsequenz überlagert. Da sowohl Spannungs- als auch Stromsignale in 6 und 7 dargestellt sind und die Wertebereiche dieser Signale schwanken, sind die Signale nicht maßstabsgerecht zu einander dargestellt. Ferner können der Klarheit halber Bezugslinien der Signalspuren in 6 und 7 auf der y-Achse verschoben werden, so dass jedes Signal von den anderen unterschieden werden kann.
In 6 veranschaulicht die Signalspur 613 eine Spannung eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals, das von der Steuerschaltung 110 an den Zündungs-IGBT 120 bereitgestellt wird (wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal in diesem Beispiel von der Steuerschaltung 110 infolge eines Befehlssignals von der ECU 118 erzeugt wird), die Signalspur 630 veranschaulicht eine Spannung (V_sec) der sekundären Wicklung der Zündspule 130, die Signalspur 640 veranschaulicht einen Strom (I_prim) der primären Wicklung der Zündspule 130, und die Signalspur 650 veranschaulicht eine Kollektor-Emitter-Spannung (V_ce) der IGBT-Vorrichtung 122. In diesem Beispiel wurde die Zündschaltung 100 mit einem Mehrfachimpuls-Antriebssignal mit vier Impulsen mit zunehmenden Impulsbreiten (Betriebszyklen) und einer konstanten Impulszykluszeit von 8 μs betrieben. Im Beispiel von 6 wurde eine Peakspannung V_sec von weniger als 2 kV in der Spannung V_sec beobachtet.
In 7 veranschaulicht die Signalspur 713 eine Spannung eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals, das von der Steuerschaltung 110 an den Zündungs-IGBT 120 bereitgestellt wird (wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal in diesem Beispiel von der Steuerschaltung 110 infolge eines Befehlssignals von der ECU 118 erzeugt wird), die Signalspur 730 veranschaulicht eine Spannung (V_sec) der sekundären Wicklung der Zündspule 130, die Signalspur 740 veranschaulicht einen Strom (I_prim) der primären Wicklung der Zündspule 130, und die Signalspur 750 veranschaulicht eine Kollektor-Emitter-Spannung (V_ce) der IGBT-Vorrichtung 122. In diesem Beispiel wurde die Zündschaltung 100 mit einem Mehrfachimpuls-Antriebssignal mit vier Impulsen mit zunehmenden Impulsbreiten (Betriebszyklen entsprechend jenen von 6) und einer konstanten Impulszykluszeit von 18 μs betrieben. Im Beispiel von 7 wurde eine Spitze von weniger als 2 kV in der Spannung V_sec beobachtet.
Wie aus 6 und 7 hervorgeht, ermöglicht die Verwendung eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals zum Implementieren einer Zündsequenz Impulszykluszeiten (unter Verwendung von vier Impulsen mit zunehmenden Betriebszyklen) zwischen 8 μs (32 μs insgesamt) und 18 μs (72 μs insgesamt). In diesem Beispiel verhinderten Impulszyklen mit einer Abweichung von +/–38,5% in der Dauer von einem Mittel von 13 μs sekundäre Spannungsspitzen über 2 kV, was anzeigt, dass die Empfindlichkeit auf Impulszyklusdauer mit Mehrfachimpulsansätzen im Vergleich zu phasengesteuerten Einschaltansätzen erheblich reduziert wird. Obwohl 6 und 7 (sowie 5 und 8–10) mit vier Impulsen mit zunehmender Breite/zunehmendem Betriebszyklus) dargestellt sind, können in einigen Ausführungsformen anderen Anzahlen von Impulsen verwendet werden (z. B. 2, 3 oder 4 oder mehr). Generell kann die Verwendung von mehr Impulsen eine verringerte Empfindlichkeit auf Impulszyklusdauer bereitstellen, wobei die Anzahl verwendeter Impulse begrenzt ist, zum Beispiel durch Impulszyklusdauer und eine verfügbare Zeitspanne (z. B. eine Untergrenze) zum Bereitstellen von Impulsen in einer Mehrfachimpuls-Zündsequenz.
8, 9 und 10 sind Signalzeitdiagramme, die den Betrieb der Zündschaltung von 1 unter Verwendung eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals (mit vier Impulsen mit zunehmenden Impulsbreiten mit äquivalenten Betriebszyklen und einer konstanten Impulszykluszeit) über einen Bereich von Temperaturen für die Zündschaltung 100 veranschaulichen. Dementsprechend sind zu Veranschaulichungszwecken die Signalzeitdiagramme von 8–10 unter weiterer Bezugnahme auf 1 beschrieben.
In 8–10, wie in 3, 5, 6 und 7, wird eine Anzahl von Signalen der Zündschaltung 100 während einer einzelnen Mehrfachimpuls-Zündsequenz überlagert. Da sowohl Spannungs- als auch Stromsignale in 8–10 dargestellt sind und die Wertebereiche dieser Signale schwanken, sind die Signale nicht maßstabsgerecht zu einander dargestellt. Ferner können der Klarheit halber Bezugslinien der Signalspuren in 8–10 auf der y-Achse verschoben werden, sodass jedes Signal von den anderen unterschieden werden kann.
In 8 veranschaulicht die Signalspur 813 eine Spannung eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals, das von der Steuerschaltung 110 an den Zündungs-IGBT 120 bereitgestellt wird (wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal in diesem Beispiel von der Steuerschaltung 110 infolge eines Befehlssignals von der ECU 118 erzeugt wird), die Signalspur 830 veranschaulicht eine Spannung (V_sec) der sekundären Wicklung der Zündspule 130, die Signalspur 840 veranschaulicht einen Strom (I_prim) der primären Wicklung der Zündspule 130, und die Signalspur 850 veranschaulicht eine Kollektor-Emitter-Spannung (V_ce) der IGBT-Vorrichtung 122. In diesem Beispiel wurde die Zündschaltung 100 bei einer Temperatur (Umgebungstemperatur) von –40 Grad Celsius betrieben, und eine Spitze der Spannung V_sec 1,788 kV wurde beobachtet.
In 9 veranschaulicht die Signalspur 913 eine Spannung eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals, das von der Steuerschaltung 110 an den Zündungs-IGBT 120 bereitgestellt wird (wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal in diesem Beispiel von der Steuerschaltung 110 infolge eines Befehlssignals von der ECU 118 erzeugt wird), die Signalspur 930 veranschaulicht eine Spannung (V_sec) der sekundären Wicklung der Zündspule 130, die Signalspur 940 veranschaulicht einen Strom (I_prim) der primären Wicklung der Zündspule 130, und die Signalspur 950 veranschaulicht eine Kollektor-Emitter-Spannung (V_ce) der IGBT-Vorrichtung 122. In diesem Beispiel wurde die Zündschaltung 100 bei einer Temperatur (Umgebungstemperatur) von 25 Grad Celsius betrieben, und eine Spitze der Spannung V_sec 1,727 kV wurde beobachtet.
In 10 veranschaulicht die Signalspur 1013 eine Spannung eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals, das von der Steuerschaltung 110 an den Zündungs-IGBT 120 bereitgestellt wird (wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal in diesem Beispiel von der Steuerschaltung 110 infolge eines Befehlssignals von der ECU 118 erzeugt wird), die Signalspur 1030 veranschaulicht eine Spannung (V_sec) der sekundären Wicklung der Zündspule 130, die Signalspur 1040 veranschaulicht einen Strom (I_prim) der primären Wicklung der Zündspule 130, und die Signalspur 1050 veranschaulicht eine Kollektor-Emitter-Spannung (V_ce) der IGBT-Vorrichtung 122. In diesem Beispiel wurde die Zündschaltung 100 bei einer Temperatur (Umgebungstemperatur) von 125 Grad Celsius betrieben, und eine Spitze der Spannung V_sec 1,645 kV wurde beobachtet. Wie aus den Testergebnissen in 8-10 ersichtlich ist, können unter Verwendung einer Mehrfachimpuls-Zündsequenz, wie der hierin beschriebenen, sekundäre Spitzenspannungen unter 2 kV mit einer Abweichung von weniger als 9% über einen Temperaturbereich von 165 Grad Celsius erreicht werden.
Im ersten Beispiel kann das Empfangen eines Befehlssignals an einer Steuerschaltung einer Motorsteuereinheit eingeschlossen sein. Dabei kann auch infolge des Befehlssignals das Erzeugen eines Mehrfachimpuls-Antriebssignals eingeschlossen sein. Das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kann sequenziell einen ersten Impulszyklus mit einem ersten Betriebszyklus, einen zweiten Impulszyklus mit einem zweiten Betriebszyklus und einen Verweilzeitraum, während dem das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kontinuierlich auf einem logischen hohen Wert bleibt, einschließen. Dabei kann ferner das Bereitstellen des Mehrfachimpuls-Antriebssignals an einen Steueranschluss eines Zündschalters eingeschlossen sein. Dabei kann ferner als Folge des Mehrfachimpuls-Antriebssignals, das Speichern von Energie in einer Zündspule mithilfe von Strom, der mittels des Zündschalters durch eine Zündspule geleitet wird, und mit der in der Zündspule gespeicherten Energie, das Initiieren eines Funkens in einer Zündkerze, die mit der Zündspule gekoppelt ist, eingeschlossen sein.
In einem zweiten Beispiel auf Grundlage des ersten Beispiels kann der erste Betriebszyklus kleiner als der zweite Betriebszyklus sein.
In einem dritten Beispiel auf Grundlage des ersten und des zweiten Beispiels kann eine Zykluszeit des ersten Impulszyklus im Wesentlichen gleich einer Zykluszeit des zweiten Impulszyklus sein.
In einem vierten Beispiel kann auf Grundlage von einem der ersten bis dritten Beispiele das Mehrfachimpuls-Antriebssignal einen dritten Impulszyklus sequenziell nach dem zweiten Impulszyklus und vor dem Verweilzeitraum aufweisen, wobei der dritte Impulszyklus einen dritten Betriebszyklus aufweist, der größer als der zweite Betriebszyklus ist.
In einem fünften Beispiel auf Grundlage des vierten Beispiels kann das Mehrfachimpuls-Antriebssignal einen vierten Impulszyklus sequenziell nach dem dritten Impulszyklus und vor dem Verweilzeitraum aufweisen, wobei der vierte Impulszyklus einen vierten Betriebszyklus aufweist, der größer als der dritte Betriebszyklus ist.
In einem sechsten Beispiel auf Grundlage des fünften Beispiels können eine Zykluszeit des ersten Impulszyklus, eine Zykluszeit des zweiten Impulszyklus, eine Zykluszeit des dritten Impulszyklus und eine Zykluszeit des vierten Impulszyklus im Wesentlichen gleich sein.
In einem siebten Beispiel auf Grundlage des sechsten Beispiels kann der Verweilzeitraum eine Verzögerung einschließen, die einem Zeitraum entspricht, der verwendet wird, um den ersten Impulszyklus, den zweiten Impulszyklus, den dritten Impulszyklus und den vierten Impulszyklus bereitzustellen. Die Verzögerung kann nach dem Ändern des Befehlssignals von einem logisch hohen Wert zu einem logisch niedrigen Wert erfolgen.
In einem achten Beispiel auf Grundlage von einem der ersten bis dritten Beispiele kann der Verweilzeitraum eine Verzögerung einschließen, die einem Zeitraum entspricht, der zum Bereitstellen des ersten Impulszyklus und des zweiten Impulszyklus verwendet wird, wobei die Verzögerung nach der Änderung des Befehlssignals von einem logischen hohen Wert zu einem logischen niedrigen Wert erfolgt.
In einem neunten Beispiel auf Grundlage von einem der ersten bis achten Beispiele kann der erste Impulszyklus einen Impuls einschließen, der eine Breite aufweist, die kleiner als eine Breite eines Impulses des zweiten Impulszyklus ist.
In einem zehnten Beispiel kann eine Zündschaltung eine Steuerschaltung einschließen, die mit einer Motorsteuereinheit (ECU) gekoppelt ist, um ein Befehlssignal von der ECU zu empfangen. Die Steuerschaltung kann einen Mehrfachimpulsgenerator einschließen, der so konfiguriert ist, dass er infolge des Befehlssignals ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal erzeugt. Das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kann einen ersten Impulszyklus mit einem ersten Betriebszyklus, einen zweiten Impulszyklus mit einem zweiten Betriebszyklus und einen Verweilzeitraum, während dem das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kontinuierlich auf einem logischen hohen Wert bleibt, einschließen. Die Steuerschaltung kann so konfiguriert sein, dass sie das Mehrfachimpuls-Antriebssignal an einen Zündschalter bereitstellt, der mit der Steuerschaltung gekoppelt ist, um das Mehrfachimpuls-Antriebssignal zu empfangen.
In einem elften Beispiel auf Grundlage des zehnten Beispiels kann der Zündschalter so konfiguriert sein, dass er infolge des Mehrfachimpuls-Antriebssignals mithilfe des Stroms, der mittels des Zündschalters durch eine Zündspule geleitet wird, die mit dem Zündschalter gekoppelt ist, Energie in der Zündspule speichert und mit der in der Zündspule gespeicherten Energie einen Funken in einer Zündkerze, die mit der Zündspule gekoppelt ist, initiiert.
In einem zwölften Beispiel auf Grundlage des zehnten und des elften Beispiels kann der Zündschalter einen Zündungsbipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) einschließen.
In einem dreizehnten Beispiel auf Grundlage des zwölften Beispiels kann der Zündungs-IGBT einen IGBT und ein Widerstand-Diode-Netzwerk einschließen, das eine Spannungsklemme der Zündschaltung definiert.
In einem vierzehnten Beispiel auf Grundlage von einem der zehnten bis dreizehnten Beispiele kann der erste Betriebszyklus kleiner als der zweite Betriebszyklus sein.
In einem fünfzehnten Beispiel auf Grundlage des zehnten bis vierzehnten Beispiels kann eine Zykluszeit des ersten Impulszyklus im Wesentlichen gleich einer Zykluszeit des zweiten Impulszyklus sein.
In einem sechzehnten Beispiel auf Grundlage von einem der zehnten bis vierzehnten Beispiele kann das Mehrfachimpuls-Antriebssignal einen dritten Impulszyklus sequenziell nach dem zweiten Impulszyklus und vor dem Verweilzeitraum aufweisen. Der dritte Impulszyklus kann einen dritten Betriebszyklus aufweisen, der größer als der zweite Betriebszyklus ist.
In einem siebzehnten Beispiel auf Grundlage des sechzehnten Beispiels kann das Mehrfachimpuls-Antriebssignal einen vierten Impulszyklus sequenziell nach dem dritten Impuls und vor dem Verweilzeitraum einschließen. Der vierte Impulszyklus kann einen vierten Betriebszyklus aufweisen, der größer als der dritte Betriebszyklus ist.
In einem achtzehnten Beispiel auf Grundlage des siebzehnten Beispiels sind eine Zykluszeit des ersten Impulszyklus, eine Zykluszeit des zweiten Impulszyklus, eine Zykluszeit des dritten Impulszyklus und eine Zykluszeit des vierten Impulszyklus im Wesentlichen gleich.
In einem neunzehnten Beispiel auf Grundlage von einem der zehnten bis vierzehnten Beispiele kann der Verweilzeitraum eine Verzögerung einschließen, die einem Zeitraum entspricht, der zum Bereitstellen des ersten Impulszyklus und des zweiten Impulszyklus verwendet wird. Die Verzögerung kann nach dem Ändern des Befehlssignals von einem logisch hohen Wert zu einem logisch niedrigen Wert erfolgen.
In einem zwanzigsten Beispiel auf Grundlage von einem der zehnten bis neunzehnten Beispiele kann der erste Impulszyklus einen Impuls einschließen, der eine Breite aufweist, die kleiner als eine Breite eines Impulses des zweiten Impulszyklus ist.
Die vorstehende Beschreibung schließt die Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen beispielhaft konkrete Ausführungsformen, mit denen die Offenlegung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen werden hierin als „Beispiele” bezeichnet. Solche Beispiele können Elemente zusätzlich zu den dargestellten oder beschriebenen einschließen. Jedoch sind auch Beispiele vorgesehen, in denen nur jene Elemente bereitgestellt sind, die dargestellt oder beschrieben sind. Zudem sind ferner Beispiele vorgesehen, die eine Kombination oder Vertauschung jener Elemente, die dargestellt oder beschrieben sind, (oder eines oder mehrerer Aspekte davon), entweder in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder in Bezug auf andere Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon), die hierin dargestellt oder beschrieben sind, verwenden.
In diesem Dokument werden die Begriffe „ein” oder „eine” verwendet, wie es in Patentdokumenten üblich ist, und schließen unabhängig von jeglichen anderen Instanzen oder Verwendungen von „mindestens ein” oder „ein oder mehrere” eines oder mehrere als eines ein. In diesem Dokument wird der Begriff „oder” so verwendet, dass er sich auf ein nicht ausschließliches Oder bezieht, sodass „A oder B” „A, aber nicht B,” „B, aber nicht A,” und „A und B” einschließt, sofern nicht anders angegeben. In den beiliegenden Ansprüchen werden die Begriffe „einschließlich” und/oder „in denen” als die einfachen sprachlichen Äquivalente der jeweiligen Begriffe „umfassend” und „wobei” verwendet. Außerdem sind in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „einschließen” und „umfassen” unbegrenzt, das heißt, ein System, eine Vorrichtung oder ein Artikel, die Elemente zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff in einem Anspruch aufgeführten einschließen, werden immer noch als innerhalb des Umfangs des Anspruchs liegend angesehen. Zudem werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster,” „zweiter” und „dritter” etc. lediglich als Markierungen verwendet und sollen keine nummerischen Anforderungen an ihre Gegenstände stellen.
Bestimmte Beispiele können ein computerlesbares Medium oder ein maschinenlesbares Medium einschließen, das mit Anweisungen kodiert ist, die ausgeführt werden können, um eine elektronische Vorrichtung zu konfigurieren, um die vorstehenden Beispiele durchführen zu können. In mindestens einer Ausführungsform kann ein Code, wie ein Mikrocode, Assembliersprachencode, übergeordneter Sprachcode oder Ähnliches, enthalten sein. Ein solcher Code kann computerlesbare Anweisungen einschließen. Der Code kann Abschnitte von Computerprogrammprodukten bilden. Ferner kann der Code konkret auf einem oder mehreren flüchtigen oder nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Medien, wie während der Ausführung oder zu anderen Zeiten, gespeichert werden. Beispiele dieser konkreten computerlesbaren Medien können, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Festplatten, entnehmbare Magnetplatten, entnehmbare optische Laufwerke (z. B. CD und DVD), Magnetkassetten, Speicherkarten oder -sticks, Direktzugriffsspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM) und dergleichen einschließen.
Die vorstehende Beschreibung soll veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Zum Beispiel können die vorstehend beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Gesichtspunkte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können, wie von einem Fachmann nach dem Lesen der vorstehenden Beschreibung, verwendet werden.

Claims

Zündschaltung, umfassend: eine Steuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie von einer Motorsteuereinheit ein Befehlssignal empfängt, wobei die Steuerschaltung so konfiguriert ist, dass sie infolge des Befehlssignals ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal erzeugt, wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal nacheinander Folgendes einschließt: einen ersten Impulszyklus mit einem ersten Betriebszyklus; einen zweiten Impulszyklus mit einem zweiten Betriebszyklus; und einen Verweilzeitraum, während dem das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kontinuierlich bei einem logischen hohen Wert bleibt; einen Zündschalter, der mit der Steuerschaltung gekoppelt ist, wobei der Zündschalter so konfiguriert ist, dass er das Mehrfachimpuls-Antriebssignal von der Steuerschaltung empfängt, wobei der Zündschalter so konfiguriert ist, dass er infolge des Mehrfachimpuls-Antriebssignals: mithilfe des Stroms, der mittels des Zündschalters durch eine Zündspule geleitet wird, Energie in der Zündspule speichert; und mit der in der Zündspule gespeicherten Energie einen Funken in einer Zündkerze, die mit der Zündspule gekoppelt ist, initiiert.
Zündschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Betriebszyklus kleiner als der zweite Betriebszyklus ist.
Zündschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Zykluszeit des ersten Impulszyklus im Wesentlichen gleich einer Zykluszeit des zweiten Impulszyklus ist.
Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal ferner Folgendes einschließt: einen dritten Impulszyklus sequenziell nach dem zweiten Impulszyklus und vor dem Verweilzeitraum, wobei der dritte Impulszyklus einen dritten Betriebszyklus aufweist, der größer als der zweite Betriebszyklus ist.
Zündschaltung nach Anspruch 4, wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal ferner Folgendes einschließt: einen vierten Impulszyklus sequenziell nach dem dritten Impulszyklus und vor dem Verweilzeitraum, wobei der vierte Impulszyklus einen vierten Betriebszyklus aufweist, der größer als der dritte Betriebszyklus ist.
Zündschaltung nach Anspruch 5, wobei eine Zykluszeit des ersten Impulszyklus, eine Zykluszeit des zweiten Impulszyklus, eine Zykluszeit des dritten Impulszyklus und eine Zykluszeit des vierten Impulszyklus im Wesentlichen gleich sind.
Zündschaltung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Verweilzeitraum eine Verzögerung einschließt, die einem Zeitraum entspricht, der zum Bereitstellen des ersten Impulszyklus, des zweiten Impulszyklus, des dritten Impulszyklus und des vierten Impulszyklus verwendet wird, wobei die Verzögerung nach der Änderung des Befehlssignals von einem logischen hohen Wert zu einem logischen niedrigen Wert erfolgt.
Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verweilzeitraum eine Verzögerung einschließt, die einem Zeitraum entspricht, der zum Bereitstellen des ersten Impulszyklus und des zweiten Impulszyklus verwendet wird, wobei die Verzögerung nach der Änderung des Befehlssignals von einem Logischen hohen Wert zu einem logischen niedrigen Wert erfolgt.
Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Impulszyklus einen Impuls einschließt, der eine Breite aufweist, die kleiner als eine Breite eines Impulses des zweiten Impulszyklus ist.
Zündschaltung, umfassend: eine Steuerschaltung, die mit einer Motorsteuereinheit (ECU) gekoppelt ist, um ein Befehlssignal von der ECU zu empfangen, wobei die Steuerschaltung einen Mehrfachimpulsgenerator aufweist, der so konfiguriert ist, dass er infolge des Befehlssignals ein Mehrfachimpuls-Antriebssignal erzeugt, umfassend: einen ersten Impulszyklus mit einem ersten Betriebszyklus; einen zweiten Impulszyklus mit einem zweiten Betriebszyklus; und einen Verweilzeitraum, während dem das Mehrfachimpuls-Antriebssignal kontinuierlich bei einem logischen hohen Wert bleibt, wobei die Steuerschaltung so konfiguriert ist, dass sie das Mehrfachimpuls-Antriebssignal an einen Zündschalter bereitstellt, der mit der Steuerschaltung gekoppelt ist, um das Mehrfachimpuls-Antriebssignal zu empfangen.
Zündschaltung nach Anspruch 10, wobei der Zündschalter so konfiguriert ist, dass er infolge des Mehrfachimpuls-Antriebssignals: mithilfe des Stroms, der mittels des Zündschalters durch eine Zündspule geleitet wird, die mit dem Zündschalter gekoppelt ist, Energie in der Zündspule speichert; und mit der in der Zündspule gespeicherten Energie einen Funken in einer Zündkerze, die mit der Zündspule gekoppelt ist, initiiert.
Zündschaltung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Zündschalter einen Zündungs-Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) einschließt.
Zündschaltung nach Anspruch 12, wobei der Zündungs-IGBT Folgendes aufweist: einen IGBT; und ein Widerstand-Diode-Netzwerk, das eine Spannungsklemme der Zündschaltung definiert.
Zündschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der erste Betriebszyklus kleiner als der zweite Betriebszyklus ist.
Zündschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei eine Zykluszeit des ersten Impulszyklus im Wesentlichen gleich einer Zykluszeit des zweiten Impulszyklus ist.
Zündschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal ferner Folgendes einschließt: einen dritten Impulszyklus sequenziell nach dem zweiten Impulszyklus und vor dem Verweilzeitraum, wobei der dritte Impulszyklus einen dritten Betriebszyklus aufweist, der größer als der zweite Betriebszyklus ist.
Zündschaltung nach Anspruch 16, wobei das Mehrfachimpuls-Antriebssignal ferner Folgendes einschließt: einen vierten Impulszyklus sequenziell nach dem dritten Impuls und vor dem Verweilzeitraum, wobei der vierte Impulszyklus einen vierten Betriebszyklus aufweist, der größer als der dritte Betriebszyklus ist.
Zündschaltung nach Anspruch 17, wobei eine Zykluszeit des ersten Impulszyklus, eine Zykluszeit des zweiten Impulszyklus, eine Zykluszeit des dritten Impulszyklus und eine Zykluszeit des vierten Impulszyklus im Wesentlichen gleich sind.
Zündschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei der Verweilzeitraum eine Verzögerung einschließt, die einem Zeitraum entspricht, der zum Bereitstellen des ersten Impulszyklus und des zweiten Impulszyklus verwendet wird, wobei die Verzögerung nach der Änderung des Befehlssignals von einem logischen hohen Wert zu einem logischen niedrigen Wert erfolgt.
Zündschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei der erste Impulszyklus einen Impuls einschließt, der eine Breite aufweist, die kleiner als eine Breite eines Impulses des zweiten Impulszyklus ist.