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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Zündvorrichtung
für eine
Verbrennungskraftmaschine und insbesondere eine Zündvorrichtung
für eine
Verbrennungskraftmaschine, die in der Lage ist die Verringerung
der Entladungsenergie einer Zündkerze
zu verhindern, und das durch eine LC-Resonanz nach Beendigung der Entladung
der Zündspule
verursachte Rauschen zu unterdrücken.
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2. Stand der Technik
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Bei einer Verbrennungskraftmaschine,
die Benzin als Treibstoff verwendet, wird das durch einen Kolben
komprimierte Gasgemisch mit einer elektrischen Entladung einer Zündkerze
entzündet.
Bei einer im Allgemeinen verwendeten Zündvorrichtung wird eine Hochspannung
von 20 bis 30 KV, die in die Sekundärspule induziert wird, wenn
ein Strom in die Primärspule
der Zündspule
unterbrochen wird, der Zündkerze
zugeführt
wird.
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Tatsächlich allerdings wird die
in der Primärspule
oder in der Sekundärspule
akkumulierte Energie nicht vollständig durch die elektrische
Entladung der Zündkerze
verbraucht, und überschüssige Energie
verursacht eine LC Resonanz nach der Zündung auf Grund parasitärer Induktivität und parasitärer Kapazität eines
Hochspannungskabels, das einen Verteiler mit der Zündkerze
verbindet. Die LC Resonanz beeinflusst als Rauschen verschiedene
Vorrichtungen.
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1 ist
ein Diagramm, das schematisch eine Zündschaltung für eine Verbrennungskraftmaschine
zeigt, wobei ein Ende einer Primärspule 111 einer
Zündspule 11 mit
der positiven Elektrode einer Batterie 12 verbunden ist,
und das andere Ende über den
Kollektor und den Emitter eines Schalttransistors 13 geerdet
ist, der in einem Zünder
enthalten ist.
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Die Basis des Transistors 13 ist
mit einer Zündzeitpunktsteuereinheit 14 verbunden.
Der Transistor 13 wird eingeschaltet, wenn ein Zündsignal
IGT von der Zündzeitpunktsteuereinheit 14 ausgegeben wird.
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Ein Ende einer Sekundärspule 112 der
Zündspule 11 ist
ebenso mit der positiven Elektrode der Batterie 12 verbunden,
allerdings ist ihr anderes Ende mit der Zündkerze 18 über eine
einen Rückstrom
verhindernde Diode 15, einen Verteiler 16 und ein
Hochspannungskabel 17 verbunden.
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Wenn das Zündsignal IGT von der Zündzeitpunktsteuereinheit 14 anliegt,
wird ein in der Sekundärspule 112 erzeugter
Impuls durch die einen Rückstrom
verhindernde Diode 15 blockiert. Wenn allerdings kein Zündsignal
IGT anliegt, fließt
ein Impuls, der in der Sekundärspule 112 erzeugt
wurde, durch die einen Rückstrom
verhindernde Diode 15, so dass eine elektrische Entladung
auf der Zündkerze 18 stattfindet.
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Der Ionenstromdetektor 19 ist
mit der Zündkerze 18 an
der Ausgangsseite des Verteilers 16 parallel geschaltet.
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Ein Ionenstrom wird durch eine Schutzdiode 191 zu
einer Reihenschaltung bestehend aus einem Strom-Spannung-Wandlungswiderstand 192 und
einer Vorspannungsstromquelle 193 geführt. Eine an einem Punkt, in
dem der Strom-Spannung-Wandlungswiderstand 192 und
die Schutzdiode 191 miteinander verbunden werden, erzeugte
Spannung, wird über
einen Gleichstromkomponentenverringerungskondensator
194 zu
einer Verstärkungsschaltung 195 bestehend
aus einem Operationsverstärker und
Widerständen
geleitet.
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Daher wird ein Spannungssignal proportional
zu der Wechselstromkomponente des Ionenstroms bei dem Ausgangsanschluss 196 des
Ionenstromdetektors 19 ausgegeben.
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Allerdings ist der Ionenstrom so
schwach, dass die Verstärkungsschaltung
einen großen
Verstärkungsfaktor
und eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen muss, und die Verstärkungsschaltung kann
einfach durch externes Rauschen beeinflusst werden. Um dieses Problem
zu lösen,
nämlich
"einen Ionenstromdetektor" bei dem die Ausgabe eines Ionendetektors 19 abgedeckt
wird, während
eine LC Resonanz stattfindet, wurde bereits vorgeschlagen (siehe
ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung Nr.
6-299941).
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Wenn die Motordrehzahl zunimmt kommt
allerdings die LC-Resonanzperiode der Periode zum Überwachen
des Ionenstroms zum Erfassen von Klopfen oder Fehlzündungen
so nahe, dass es schwierig wird den Zeitpunkt zum Öffnen und
Schließen
der Maske zu steuern.
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Anders ausgedrückt, obwohl die LC-Resonanzperiode
nicht durch die Motordrehzahl beeinflusst wird, nähert sich
die Periode zum Überwachen des
Ionenstroms der LC-Resonanzperiode
entsprechend einer Zunahme der Motordrehzahl.
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Über
dies ist, wenn die LC-Resonanz abgedeckt wird, die LC-Resonanz nicht
wirklich entfernt, und andere Vorrichtungen als der Ionenstromdetektor
können
durch das von der LC-Resonanz verursachte Rauschen beeinflusst werden.
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Es ist vorteilhaft die LC-Resonanz
selbst nach der elektrischen Entladung der zweiten Spule der Zündspule
zu steuern. Zu diesem Zweck kann ersonnen werden ein sogenanntes Überspannungsschutzelement
parallel mit der Primärspule
oder der Sekundärspule
der Zündspule
zum Absorbieren der LC-Resonanz vorzusehen.
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2 ist
ein Diagramm, um Wege zu erläutern
das Überspannungsschutzelement
vorzusehen. Es sind zwei Wege denkbar, der erste Weg sieht ein erstes Überspannungsschutzelement 21 vor,
das aus einer Diode und einem Widerstand besteht, die parallel zu
der Primärspule 111 in
Reihe geschaltet sind (oder einen Widerstand und einen Kondensator,
die in Reihe geschaltet sind), und der zweite Weg sieht das zweite Überspannungsschutzelement 22 vor, welches
ein Widerstand der Sekundärspule 112 ist.
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Das erste Überspannungsschutzelement 21 muss
eine Diode zum Verbessern des Wirkungsgrades der Übertragungsenergie
zu der Sekundärspule 112 aufweisen,
die sich in der Primärspule 111 angesammelt
hat. Wenn die Spannung über
die Diode kleiner als der Vorwärtsspannungsabfall
der Diode (ungefähr
0,6 V) wird, zeigt das Überspannungsschutzelement
zum Absorbieren der LC-Resonanz nicht länger Wirkung.
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Das zweite Überspannungsschutzelement 22 verbraucht
einen Teil der Energie wobei es unweigerlich eine Verringerung der
Zündenergie
bewirkt. Über
dies erreicht die Spannung über
das zweite Überspannungsschutzelement
20 bis 30 KV und daher muss die Vorrichtung selbst eine hohe Zündspannung
aufweisen. Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben erwähnten Probleme
gemacht, und sieht eine Zündvorrichtung
für eine
Verbrennungskraftmaschine vor, die in der Lage ist das Rauschen
auf Grund der LC-Resonanz
nach der Entladung der Zündspule
zu unterdrü cken,
ohne die Entladungsenergie der Zündkerze
zu verringern.
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US-A-5 220 903 legt ein elektronisches Zündsystem
für ein
Kraftfahrzeug offen. Das System umfasst eine Zündspule, die ein Primärwicklung
aufweist, an die ein Steuersignal für den Zündzyklus angelegt wird, und
eine Sekundärwicklung,
welche die Zündspannung
erzeugt. Eine Schalteinheit steuert den Sekundärwicklungszündzyklus auf der Primärwicklung
der Zündspule.
Eine Steuereinheit steuert den Takt der Zündung durch Ein- und Ausschalten der
Zündspule.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß der Erfindung
ist in Anspruch 1 offengelegt. Gemäß der Zündvorrichtung ist ein LC-Resonanz
absorbierender Widerstand mit der Primärspule verbunden, während die
Ionenstromerfassungseinrichtung, die mit der Zündkerze parallel geschaltet
ist, den Ionenstrom erfasst, um die LC-Resonanz zu unterdrücken, und
um zu Verhindern, dass auch nur geringes Rauschen den Ionenstrom überlagert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Diagramm, das schematisch eine Zündschaltung für eine Verbrennungskraftmaschine
zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, um die Wege zu erläutern,
wie ein Überspannungsschutzelement
vorgesehen werden kann;
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3 ist
ein Diagramm, das den Aufbau einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4A bis 4D sind Diagramme, die ein
Verfahren zum Bestimmen der Zeitpunkte für das Öffnen und Schließen eines
FET-Gates zeigen; und
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5 ist
ein Flussdiagramm einer Steuerroutine für das FET-Gate.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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3 ist
ein Diagramm, das den Aufbau einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die gleichen Elemente wie die
der 1 mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet werden.
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Ein Ende der Primärspule 111 der Zündspule 11 ist
mit der Batterie 12 verbunden, und das andere Ende ist
durch den Kollektor und den Emitter eines Transistors 13 geerdet,
welcher ein Zünder
ist.
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Eine Reihenschaltung aus einem Feldeffekttransistor
(FET) 31 und einem eine LC-Resonanz absorbierenden Widerstand 32 ist
parallel zu der Primärspule 111 geschaltet.
Der FET 31 steuert die Verbindung des eine LC-Resonanz
absorbierenden Widerstands 32 mit der Primärspule,
und der eine LC-Resonanz absorbierenden Widerstand 32 absorbiert
die LC-Resonanz nach der Entladung der Sekundärspule 112.
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Das Gate des FET 31 ist
mit dem Kollektor des zweiten Gatesteuertransistors 34 verbunden. Der
Emitter des zweiten Gatesteuertransistors 34 ist mit der
Batterie 12 über einen
Verstärker 33 verbunden,
welcher ein Gleichspannungswandler ist, und legt eine Potentialdifferenz
von ungefähr
5 V zwischen Source und Gate an, um den FET 31 zu steuern.
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Die Basis des zweiten Gatesteuertransistors 34 ist
mit dem Kollektor des ersten Gatesteuertransistors 35 verbunden,
der Emitter davon ist geerdet und ein Steuersignal wird von der
Zündzeitpunktsteuereinheit
an seine Basis angelegt.
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Ferner sind ein FET Vorspannungswiderstand 311 zum
Vorspannen des Gates des FET 31, ein zweiter Kollektorwiderstand 341 zum
Begrenzen des Kollektorstroms, wenn der zweite Gatesteuertransistor 34 eingeschaltet
wird, ein zweiter Vorspannungswiderstand 342 zum Vorspannen
der Basis des zweiten Gatesteuertransistors 34 und ein
erster Kollektorwiderstand 351 zum Begrenzen des Kollektorstroms,
wenn der erste Gatesteuertransistor 35 eingeschaltet wird,
angeordnet.
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Wenn die Zündzeitpunktsteuereinheit 14 eine
Befehlssignal mit "H" Pegel zum Öffnen
des FET-Gates ausgibt, wird der erste Gatesteuertransistor 35 eingeschaltet,
und das Basispotential des zweiten Gatesteuertransistors 34 änderst sich
von dem "H" Pegel in den "L" Pegel. Dann wird ein zweiter Gatesteuertransistor 34 eingeschaltet,
und das Gate des FET 31 wird von dem "L" Pegel in den "H" Pegel
invertiert, und der FET 31 wird eingeschaltet. Wenn der
FET 31 eingeschaltet wird, wird der eine LC-Resonanz absorbierenden
Widerstand 32 mit der Primärspule der Zündspule 11 parallel
geschaltet.
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4A bis 4D sind Diagramme, die ein
Verfahren zum Bestimmen der Zeitpunkte zum Öffnen und Schließen des
FET Gates zeigen, und ein Zündbefehlssignal
IGT zeigen, eine Primärspulenspannung
(Punkt P), einen Ionenstrom und ein FET-Gate Steuersignal
zeigen. Die Abszisse stellt die Zeit dar.
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Das heißt das Zündbefehlssignal IGT wird in einem
Moment t1 eingeschaltet, und eine Spannung ändert sich
in Richtung der negativen Seite bei dem Punkt P an dem
die Primärspule 111 geerdet
ist. Wenn der Zündbefehl
IGT in einem Moment t2 ausgeschaltet wird,
wird die Spannung bei dem Punkt P plötzlich in Richtung der positiven
Seite invertiert, und die elektrische Entladung der Sekundärspule beginnt.
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Von einem Moment t4 wo
die elektrische Entladung der Sekundärspule endet, zu einem nachfolgenden
Moment t5 tritt die LC-Resonanz auf Grund der überschüssigen Energie
auf, die in der Zündspule 11 akkumuliert
wurde. Ein Ionenstrom wird von dem Moment t5 zu
einem nachfolgenden Moment t6 erzeugt, aber
die Ausgabe des Ionenstromdetektors 19 ist durch die LC-Resonanz
von dem Moment t4 zu dem Moment t5 beeinflusst.
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Daher können die Zeitpunkte zum Öffnen und
Schließen
des FET Gates wie folgt bestimmt werden:
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1. Zeitpunkt zum Schließen des
FET Gates.
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- (1) Während
das Zündsignal
IGT eingeschaltet ist, das heißt
während
der Periode von dem Moment t1 zu dem Moment
t2, muss der FET 31 ausgeschaltet sein,
um eine Verringerung des Stroms zu verhindern, der in die Primärspule 111 auf
Grund des Stroms durch den eine LC-Resonanz absorbierenden Widerstand 32 fließt.
- (2) Unmittelbar nach dem Moment t2,
wenn das Zündbefehlssignal
IGT ausgeschaltet ist, wird das Gasgemisch durch die Entladung der
Sekundärspule 112 entzündet. Um eine
Verringerung der Entladungsenergie zu verhindern, muss der FET 31 ausgeschaltet sein.
- (3) Die LC-Resonanz tritt nach dem Moment t4 auf, bei
dem die Entladung der Sekundärspule 112 endet. Daher
muss die Primärspule 111 und
der eine LC-Resonanz absorbierende Widerstand 32 vor dem
Moment t4 an miteinander verbunden sein.
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Von (1) zu (3) muss, wie oben beschrieben, das
FET Gate bei einem Moment t3 zwischen dem Moment
t2 und dem Moment t4 geschlossen
sein. In der Praxis wird der Moment t3 so
eingestellt, dass er 200 bis 300 Mikrosekunden nach dem Moment t2 liegt.
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2. Zeitpunkt zum Öffnen des
FET Gates.
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Theoretisch kann das FET Gate in
irgendeinem geeigneten Moment nach dem Moment t5 geöffnet werden,
bei dem die LC-Resonanz endet. In der Praxis allerdings müssen folgende
Themen berücksichtigt
werden.
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- (1) Der Moment t5, bei dem die LC-Resonanz
endet, variiert merklich abhängig
von dem Betriebszustand.
- (2) Rauschen kann dem Ionenstrom auf Grund der Öffnung des
FET Gates überlagert
werden.
- (3) Ein kleiner Rauschbetrag, der einen Ionenstrom überlagert,
kann durch Verbinden des eine LC-Resonanz absorbierenden Widerstands 32 mit
der Primärspule
von dem Moment t5 zu dem Moment t6 verringert werden, wenn der Ionenstrom
fließt.
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In der Praxis wird daher das FET
Gate bei dem Moment t6 geöffnet, wenn
der Ionenstrom "0" wird (das heißt 8 Millisekunden nachdem
das FET Gate geöffnet
wird, 90° nach
dem oberen Totpunkt oder 60° nach
dem oberen Totpunkt oder genau bevor das Zündbefehlsignal IGT das nächste Mal
bei dem gleichen Zylinder ausgegeben wird.
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5 ist
ein Flussdiagramm einer Steuerroutine für das FET Gate, die durch die
Zündzeitpunktsteuereinheit 14 ausgeführt wird,
die ein Mikrocomputersystem ist, und als ein Unterbrechungsprozess
ausgeführt
wird.
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Es wird bei Schritt 50 entschieden,
ob 200 Mikrosekunden nach dem Start der Routine abgelaufen sind.
Schritt 50 wird jeweils ausgeführt, bis 200 Mikrosekunden
abgelaufen sind.
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Nachdem 200 Mikrosekunden abgelaufen sind,
wird eine bejahende Entscheidung durch Schritt 50 getroffen,
und ein FET Gate-Schließbefehl
wird bei Schritt 51 ausgegeben.
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Bei Schritt 52 wird entschieden,
ob 8 Millisekunden nach dem Öffnen
des FET Gates abgelaufen sind oder nicht. Schritt 52 wird
jeweils ausgeführt,
bis 8 Millisekunden abgelaufen sind.
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Nachdem 8 Millisekunden abgelaufen
sind, trifft Schritt 52 eine bejahende Entscheidung und
ein Signal zum Öffnen
des FET Gates wird von Schritt 53 ausgegeben, um die Routine
zu beenden.
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Das heißt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform,
wird das FET 31 während
der Strom in die Primärspule 111 der
Zündspule 11 fließt und unmittelbar
nach Start der Entladung der Sekundärspule offengehalten, und der
eine LC-Resonanz absorbierenden Widerstand 32 wird von
der Primärspule 111 abgeschnitten,
wobei eine Verringerung des Stromflusses in die Primärspule und
eine Verringerung der Funkenenergie der Zündkerze 18 verhindert wird.
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Bevor die LC-Resonanz stattfindet,
wird der FET 31 geschlossen, und der eine LC-Resonanz absorbierenden
Widerstand 32 und die Primärspule 111 werden
parallel geschaltet, und die LC-Resonanz wird durch den eine LC-Resonanz absorbierenden Widerstand 32 unterdrückt. Durch
Schließen
des FET 31 für
8 Millisekunden wird es möglich
gemacht zu verhindern, dass ein kleiner Rauschbetrag auf das Ionenstromsignal überlagert
wird, das durch den Ionenstromdetektor 19 erfasst wird.
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In der oben erwähnten Ausführungsform wird das FET Gate
geschlossen nachdem 8 Millisekunden von dem Öffnen des FET Gates an abgelaufen
sind. Allerdings kann das FET Gate bei 90° nach dem oberen Totpunkt oder
bei 60° nach
dem oberen Totpunkt geschlossen werden.
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In der oben erwähnten Ausführungsform wird das FET 31 unter
Steuerung einer Software geöffnet
und geschlossen, die durch die Zündzeitpunktsteuereinheit 14 ausgeführt wird.
Allerdings kann der FET 31 ebenso mittels Hardware unter
Verwendung sogenannter diskreter Elemente geöffnet und geschlossen werden.