JP5351895B2 - 内燃機関の多重スパーク運転の制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、一方で、請求項１の上位概念に記載の特徴を有する内燃機関の多重スパーク運転の制御装置に関し、他方で、請求項１４の上位概念に記載の特徴を有する内燃機関の多重スパーク運転の制御方法に関するものである。

冒頭記載のタイプの内燃機関の多重スパーク運転の制御装置および方法は一般に既知である。内燃機関の全ての運転点において燃料および空気からなる混合物の確実な着火を保証するために、例えばスタート過程の間のようなある運転状態においては、１つの点火プラグによる多重点火の意味において、点火スパークの消滅の直後に点火変圧器を再通電することにより、同じ点火サイクル内に他の点火スパークが発生される。多重点火の制御は制御装置により行われる。

さらに、多重スパーク・モードとも呼ばれる多重スパーク運転を改善する他の方法が既知である。この場合は、点火スパークが消滅する前に、予め、変圧器の一次電流回路内に存在する一次インダクタンスが再充電される。点火変圧器内にまだ存在している残留エネルギーに基づいて、一次インダクタンスの再充電時間が明らかに短縮される。これに関しては、変圧器により発生される点火スパーク・エネルギーの大部分が、各点火スパークの開始時に、即ち点火スパーク電流が最大であるときに変換されるという効果により有利性が得られ、この場合、点火スパーク電流は、それに続いてほぼ直線状に低下する。その結果、このようにして、１つの点火サイクルの間に、長さは短いがエネルギーが比較的高い複数の点火スパークが発生可能である。この場合、制御装置は、多重スパーク運転の全期間のみを設定し、一方、制御電子装置は、多重スパーク運転の制御を行い、即ち相前後して続く一連の点火スパークを発生させる。一般に、制御電子装置は、点火変圧器と共に共通のハウジング内に存在している。

典型的には、制御電子装置内に、一次電流および二次電流に対する固定のしきい値が記憶され、このしきい値において、点火変圧器は、それぞれ遮断または再通電される。しかしながら、例えば燃料／空気混合物の組成、点火プラグの劣化等のような一連の影響因子が存在し、これらの影響因子は、固定されたしきい値において、内燃機関の最適運転を困難にしている。

請求項１に記載の特徴を有する内燃機関の多重スパーク運転の本発明による制御装置は、従来技術に比較して、内燃機関の運転状態に応じてそれぞれ、一次電流および二次電流の少なくともいずれかに対するしきい値、特に電流しきい値の個々の設定が実行可能であるという利点を提供する。この場合、少なくとも１つの電流しきい値のプログラミングが行われる。したがって、電流しきい値の個々の設定は、内燃機関の個々の各点火サイクルないしは作業サイクルにおける多重スパーク運転の従属電流しきい値の必要に合わせた設定を可能にする。

したがって、点火過程において、電流しきい値の個々の設定に基づき、およびこれと関連する、多重スパーク運転の従属電流しきい値の必要に合わせた設定に基づき、内燃機関の最適運転を困難にする、例えば混合物組成、点火プラグの劣化等のような影響因子もまた考慮可能且つ補償可能である。言い換えると、点火プラグへの点火エネルギーの供給は、内燃機関のそれぞれの運転状態および負荷状態の要求に最適に適合可能である。

最終的に、本発明により、改善された燃料着火のみならず、内燃機関の確実な運転もまた保証可能である。改善された燃料着火は、さらに、一方で内燃機関の燃料消費量に、他方で内燃機関の効率向上に有利に働く。同様に、請求項１４の特徴を有する内燃機関の多重スパーク運転の制御方法に対しても同じことが適用される。

特にしきい値のプログラミングに関して、従属請求項の特徴により有利な変更形態が与えられる。
本発明の好ましい一実施例により、検出手段により検出可能ないしは測定可能な変圧器電流、特に一次電流および二次電流の少なくともいずれかの関数として、少なくとも１つの電流しきい値の設定が行われるように設計されている。この場合、しきい値が、制御装置内に記憶されている、各運転状態に対して既知のしきい値と一致されるように、制御装置により、しきい値の個々の設定が実行可能である。最後に、このようにして、特に設定されたしきい値を考慮して、多重スパーク運転が可能である。

本発明の有利な一形態において、制御装置から点火変圧器の制御電子装置への、従属電流しきい値に対する設定値の伝達が、制御装置から出力された第１の操作信号と制御装置から出力された第２の操作信号との間のコーディングされた時間間隔に基づいて行われるように設計されている。制御装置の両方の操作信号の間の時間間隔ないしは休止時間のコーディングにより、点火変圧器に対して適切な、設定されるべき電流しきい値に関する情報が伝達可能である。

本発明の他の有利な一形態において、従属電流しきい値、特に二次電流遮断しきい値に対する設定値の伝達が、時間間隔の期間に基づいて行われるように設計されている。制御装置の両方の操作信号の間の時間間隔ないしは休止時間の期間は本来存在する信号隙間を示し、この信号隙間は、目的に合わせて計画的に変化させることにより、値の結合に利用可能である。即ち、例えば３０μｓの時間間隔に７０ｍＡの二次電流遮断しきい値が割り当て可能、または１６０μｓの時間間隔に４０ｍＡの二次電流遮断しきい値が割り当て可能である。

本発明の好ましい一実施形態により、設定値の伝達が、追加の電流しきい値に基づく、付属の従属電流しきい値、特に一次電流遮断しきい値に対する他の設定値と組み合わされて、時間間隔の期間に基づいて行われるように設計されている。この場合、１つのパラメータ、即ち時間間隔のみにより、二次電流遮断しきい値に対してのみならず一次電流遮断しきい値に対してもまた値の組み合わせが伝達可能であるという、共働効果が得られる。

本発明の好ましい一実施例により、設定値の伝達が、時間間隔の期間を介して、電流しきい値の差の値と組み合わされて行われるように設計されている。言い換えると、この場合、パルス休止を介して、値Δが伝達され、値Δは、パルス休止が長い場合には例えば１０ｍＡだけそれぞれの電流しきい値を低下させる。パルス休止が短い場合には、値Δにより、対応する電流しきい値は例えば１０ｍＡだけ上昇可能である。パルス休止が中間の場合には、相対電流しきい値の変化を小さくさせるような状況もまた設定可能である。

本発明の有利な一形態において、特にスパーク燃焼期間を伝達するために、制御装置と点火変圧器との間に双方向インタフェースが設けられているように設計されている。この場合、点火変圧器の情報のフィードバックは操作電流の切換を介して実行可能である。例えば、操作電流は、スパーク燃焼期間内においては２０ｍＡの値に、および充電過程の間においては１０ｍＡの値に対応可能である。このとき、制御装置は、電流を介してスパーク燃焼期間を求めることが可能であり、且つ必要なスパーク燃焼期間の関数として二次電流しきい値を上昇または低下させる。したがって、最終的に、特に電流しきい値の差の値の伝達においては、存在するパルス休止の誤った解釈が回避可能である。さらに、情報が、制御装置内および点火変圧器内において常に一致することが保証され、これにより、他の各点火サイクルにおける誤差の同伴が抑制される。

本発明の他の有利な一形態において、設定値および他の設定値の少なくともいずれかの伝達が、電流しきい値を含むプロトコルに基づき、時間間隔の期間を介して行われるように設計されている。この場合、プロトコルは、種々の段階の間、特に点火変圧器内に存在する制御電子装置と点火変圧器それ自身との間、または制御装置と制御電子装置との間において伝送される情報のフォーマット、内容、意味および順序を決定する制御を含む。

本発明の好ましい一変更態様により、少なくとも１つの電流しきい値、特に一次電流遮断しきい値を設定するために、第１の一次電流パルスの振幅値の測定が行われるように設計されている。したがって、第１の一次電流パルスの振幅は、一次電流しきい値を設定ないしはプログラミングするために使用される。この場合、第１のパルスの振幅値はそれに続く全てのパルスに対する電流しきい値に対応する。代替態様として、電流しきい値が固定の係数だけ上昇または低下されてもよい。

本発明の好ましい一実施形態により、一次電流遮断しきい値を設定するために、第１の一次電流パルスの振幅値の測定の間に、二次電流遮断しきい値の設定値の伝達が時間間隔の期間を介して行われるように設計されている。この場合、振幅値は他の全ての一次電流遮断しきい値に対する設定値として使用され、且つ同時に休止を介して二次電流しきい値が伝達される。

第１の一次電流パルスの振幅ないしは振幅値と共に、二次電流遮断しきい値と一次電流遮断しきい値とからの組み合わせの伝達が行われるように設計されている本発明の一実施例もまた有利である。このとき、しきい値から、固定された値の組み合わせが得られ、この場合、休止が常に考慮される。例えば、１５Ａの振幅に対して、一次電流遮断しきい値に対する１５Ａと二次電流遮断しきい値に対する４０ｍＡの値の組み合わせが割り当てられてもよい。さらに、１６Ａの振幅において、１６Ａにおける一次電流に対する遮断しきい値および５０ｍＡにおける二次電流に対する遮断しきい値が存在してもよい。一次電流に対する１７Ａの遮断しきい値および二次電流に対する６０ｍＡの遮断しきい値において、振幅は１７Ａの値を有することが可能である。
本発明の有利な一実施例において、制御装置が内燃機関の運転状態に依存して時間間隔の期間を設定し、この場合、時間間隔の終了時に、存在する二次電流値の測定および記憶が行われ、この二次電流値が、付属の従属電流しきい値、特に二次電流しきい値の設定値として使用されるように設計され、これにより、上記の値設定に対する他の代替態様が与えられている。

本発明の他の有利な一形態において、設定値および他の設定値の少なくともいずれかの設定値の伝達が、電流しきい値を含むプロトコルに基づき、または電流しきい値を含む値信号、特にパルス幅変調された値信号に基づき、第２の操作信号の期間を介して行われるように設定されている。この場合、多重スパーク過程の間に対応する情報を伝達するために、単線インタフェースに対して適切なプロトコル、またはパルス幅変調された適切な信号もまた提供されるべきである。情報伝送に基づく点火変圧器の好ましくない通電または遮断を回避するために、標準的な機能に対してこれからフィルタリング可能なきわめて短いパルスが使用されてもよい。伝送された情報は、この場合、はじめに次の点火サイクルにおいて処理される。

本発明並びに他の請求項の特徴による有利な形態が、本発明の制約が行われることなく、図面に示されている実施例に基づいて詳細に説明される。これらの実施例は、むしろ、請求項の範囲内において可能な変更、変化および同等化を含む。

図１は、操作信号経過、特に操作電圧経過と、並びに一次電流経過および二次電流経過と、を有する線図であって、この線図において、短いパルス休止を介して二次電流遮断しきい値の設定が行われる、前記線図を示す。 図２は、操作信号経過、特に操作電圧経過と、並びに一次電流経過および二次電流経過と、を有する他の線図であって、この線図において、長いパルス休止を介して二次電流遮断しきい値の設定が行われる、前記線図を示す。 図３は、操作信号経過、特に操作電圧経過と、および操作電流経過と、並びに一次電流経過および二次電流経過と、を有する線図であって、この線図において、変圧器の運転状態に依存して点火変圧器の制御電子装置により操作電流の変化が行われる、前記線図を示す（再充電＝２０ｍＡおよび放電（点火スパーク）＝１０ｍＡ）。 図４は、操作信号経過、特に操作電圧経過と、並びに一次電流経過および二次電流経過と、を有する線図であって、この線図において、特に遮断しきい値の値の対により短いパルス休止を介して一次電流遮断しきい値および二次電流遮断しきい値の設定が行われる、前記線図を示す。 図５は、操作信号経過、特に操作電圧経過と、並びに一次電流経過および二次電流経過と、を有する線図であって、この線図において、特に遮断しきい値の値の対により長いパルス休止を介して一次電流遮断しきい値および二次電流遮断しきい値の設定が行われる、前記線図を示す。 図６は、操作信号経過、特に操作電圧経過と、並びに一次電流経過および二次電流経過と、を有する線図であって、この線図において、多重スパーク過程の間に電流しきい値を設定するために情報伝達が行われる、前記線図を示す。

図１に、操作電圧１１の経過、一次電流１２の経過並びに二次電流１３の経過を含む線図１０が示されている。典型的に、このタイプの多重スパーク・システムにおいては、制御装置は、単線インタフェースを使用した場合、１つの点火サイクル内において第１のパルス１４および第２のパルス１５を伝送する。第１のパルス１４は通常の変圧器コイル点火のパルスに対応し、この場合、制御装置は、充電期間のみならず点火時期もまた設定する。第２のパルス１５は多重スパーク過程の期間を設定する。操作信号とも呼ばれる両方のパルス１４；１５の間にパルス休止１６が存在し、パルス休止１６は、図１に示すように比較的短い休止の時間間隔でもあり、且つ少なくとも１つの電流しきい値のプログラミングのために使用される。制御装置から伝送される両方のパルス１４；１５の間の休止時間１６がコーディングされている場合、パルス休止１６を介して、例えば二次電流遮断しきい値１７の値のような情報ないしはデータ値が、点火変圧器、特に点火コイルに伝達可能である。この場合、コーディングは種々の変更態様により実行可能である。

図１に示すように、パルス休止１６の期間ないしは長さを介して、二次電流遮断しきい値１７の値の伝達が行われる。この実施例においては、パルス休止１６は１０μｓの値を有し、したがって、このパルス休止１６は８０ｍＡの二次電流遮断しきい値１７に対応し、これは高い遮断電流を示す。二次電流遮断しきい値１７のほかに、一次電流遮断しきい値１８が与えられている。他の値の対においては、パルス休止１６は３０μｓ、６０μｓ、１００μｓまたは１６０μｓの値を有し、一方、二次電流遮断しきい値１７は７０ｍＡ、６０ｍＡ、５０ｍＡないし４０ｍＡの値にセットされる。図２ないしは付属の線図２０に示すように、最後に挙げた４０ｍＡの値を有する二次電流遮断しきい値１７は１６０μｓの大きさのパルス休止１６に対応し、このことは、比較的長いパルス休止における低い遮断電流を表わしている。その他の点においては図２の線図は図１の線図に対応し、同様に、操作信号１１の経過、付属の一次電流遮断しきい値１８を有する一次電流１２の経過並びに二次電流１３の経過を有している。

図３に、操作電圧１１の経過、操作電流１９の経過並びに一次電流１２の経過および二次電流１３の経過を表わす線図３０が示されている。この場合、パルス休止１６を介して、電流しきい値の差の値即ち値Δが伝達される。これに関して、長いパルス休止は電流しきい値を１０ｍＡだけ低下させることを意味する。短いパルス休止は電流しきい値を１０ｍＡだけ上昇させる。中間の休止期間はいかなる変化も与えない。特に電流しきい値の差の値を伝達するときに存在するパルス休止の誤った解釈を回避させるために、制御装置と点火変圧器との間に双方向インタフェースが設けられてもよい。この場合、操作電流の切換を介して、点火変圧器の情報のフィードバックが実行可能である。例えば、操作電流１９は、スパーク燃焼期間の間においては２０ｍＡの値２１に対応し、充電過程の間においては１０ｍＡの他の値２２に対応可能である。このとき、制御装置は、電流を介してスパーク燃焼期間を決定することが可能であり、且つ必要なスパーク燃焼期間の関数として二次電流遮断しきい値を上昇または低下させる。したがって、制御装置内および点火変圧器内の情報が常に一致することが保証され、これにより、他の各点火サイクルにおいて誤差の同伴が抑制される。

図４に、操作電圧１１の経過、一次電流１２の経過、並びに二次電流１３の経過を表わす線図４０が示されている。この場合、パルス休止１６の長さを介して、二次電流遮断しきい値１７からの値と一次電流遮断しきい値１８からの値との組み合わせが伝達される。この場合、１６０μｓのパルス休止の期間は二次電流遮断しきい値１７に対する５０ｍＡおよび一次電流遮断しきい値１８に対する１７Ａに対応する。図５の線図５０は、同様に、操作信号１１の経過、一次電流１２の経過並びに二次電流１３の経過を有しているが、この図５においてはパルス休止の期間は１００μｓの値を有しているので、二次電流遮断しきい値１７に対して５０ｍＡの値が、および一次電流遮断しきい値１８に対して１５Ａの値が割り当てられている。二次電流遮断しきい値１７ないしは一次電流遮断しきい値１８に対して、他の割当は、６０μｓのパルス休止に対して、１７Ａに対する７０ｍＡの電流しきい値比を、および３０μｓのパルス休止においては１５Ａに対して７０ｍＡの電流しきい値比を有している。

図６に、操作電圧１１の経過並びに一次電流１２の経過および二次電流１３の経過を含む線図６０が示されている。この場合、電流しきい値に関する情報の伝達は、多重スパーク過程の間、即ち第２のパルス１５の間に行われる。情報および値の伝達のために、単線インタフェースに対して適切なプロトコルが使用可能である。この場合、多重スパーク過程ないしはその信号経過は電流しきい値のプログラミングのための基礎である。この代わりに、パルス幅変調信号が使用されてもよい。多重スパーク過程の間における情報伝送に基づく点火変圧器の好ましくない通電または遮断を回避するために、きわめて短いパルス１５．１−１５．４が使用されることが好ましく、これらの短いパルス１５．１−１５．４は、標準的な機能に対してフィルタリング可能である。多重スパーク過程ないしはその信号それ自身は情報媒体として働くので、伝送された情報は次の点火サイクルにおいてはじめて処理される。

１０、２０、３０、４０、５０、６０ 線図
１１ 操作電圧（操作信号）
１２ 一次電流
１３ 二次電流
１４ 第１のパルス（第１の操作信号）
１５ 第２のパルス（第２の操作信号）
１５．１、１５．２、１５．３、１５．４ 短いパルス
１６ パルス休止（休止時間、時間間隔）
１７ 二次電流遮断しきい値
１８ 一次電流遮断しきい値
１９ 操作電流
２１、２２ 操作電流の値

Claims (14)

1. 内燃機関の多重スパーク運転において、点火スパーク電流を通電または遮断するために、少なくとも１つの電流遮断しきい値によって点火変圧器が遮断可能または再通電可能である、内燃機関の多重スパーク運転の全期間を設定する制御装置において、
   前記制御装置が、多重スパーク運転を制御するために一連の点火スパークを発生させる点火変圧器の制御電子装置に情報を伝達するために、第１の操作信号（１４）および第２の操作信号（１５）を出力し、前記第１の操作信号および前記第２の操作信号のそれぞれが単線インターフェースで伝達されるパルスであり、前記第１の操作信号が第１のスパークの充電時間と点火時間を示し、前記第２の操作信号が多重スパーク過程の期間を示し、
   前記情報が、前記第１の操作信号と前記第２の操作信号との間の時間間隔（１６）を介して伝達される、１つの点火サイクルにおけるプログラミング可能な前記点火変圧器の二次電流遮断しきい値の設定値であることを特徴とする、内燃機関の多重スパーク運転の全期間を設定する制御装置
2. 内燃機関の多重スパーク運転において、点火スパーク電流を通電または遮断するために、少なくとも１つの電流遮断しきい値によって点火変圧器が遮断可能または再通電可能である、内燃機関の多重スパーク運転を制御するための点火変圧器の制御電子装置において、
   前記点火変圧器の制御電子装置が、多重スパーク運転の全期間を設定する制御装置から、内燃機関の多重スパーク運転を制御するための一連の点火スパークを発生させるための情報の伝達を受けるために、第１の操作信号（１４）および第２の操作信号（１５）を受け取り、前記第１の操作信号および前記第２の操作信号のそれぞれが単線インターフェースで伝達されるパルスであり、前記第１の操作信号が第１のスパークの充電時間と点火時間を示し、前記第２の操作信号が多重スパーク過程の期間を示し、
   前記情報が、前記第１の操作信号と前記第２の操作信号との間の時間間隔（１６）を介して受け取られる、１つの点火サイクルにおけるプログラミング可能な前記点火変圧器の二次電流遮断しきい値の設定値であることを特徴とする、内燃機関の多重スパーク運転を制御するための点火変圧器の制御電子装置。
3. 二次電流遮断しきい値（１７）の設定が、測定可能な前記点火変圧器の一次電流および二次電流の少なくともいずれかの関数として行われることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記設定値の伝達が、一次電流遮断しきい値（１８）の設定値と組み合わされて、前記時間間隔（１６）の期間に基づいて行われることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
5. 前記設定値の伝達が、時間間隔（１６）の期間に、現在の設定値と新たな設定値との差の値として行われることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
6. 前記制御装置と前記点火変圧器との間に、電流の大きさによってスパーク燃焼期間を伝達する双方向インタフェースが与えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
7. 前記設定値の伝達が、前記制御装置と前記制御電子装置との間で伝達される情報のフォーマット、内容、意味および順序を規定したプロトコルに基づき、時間間隔（１６）の期間に行われることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
8. 前記点火変圧器の一次電流遮断しきい値（１８）を設定するために、第１の一次電流パルスの振幅値の測定が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
9. 前記点火変圧器の一次電流遮断しきい値（１８）を設定するために、第１の一次電流パルスの振幅値の測定が行われ、前記第１の一次電流パルスの振幅値の測定の間に、二次電流遮断しきい値（１７）の設定値の伝達が時間間隔（１６）の期間に行われることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
10. 前記点火変圧器の一次電流遮断しきい値（１８）を設定するために、第１の一次電流パルスの振幅値の測定が行われ、前記第１の一次電流パルスの振幅と共に、二次電流遮断しきい値（１７）と一次電流遮断しきい値（１８）とからの組み合わせの伝達が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
11. 前記制御装置が、前記内燃機関の運転状態に依存して時間間隔（１６）の期間を設定し、時間間隔（１６）の終了時に、存在する二次電流値の測定および記憶が行われ、この二次電流値が、二次電流遮断しきい値（１７）の設定値として使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
12. 前記設定値の伝達が、前記制御装置と前記制御電子装置との間で伝達される情報のフォーマット、内容、意味および順序を規定したプロトコルに基づき、または前記電流遮断しきい値を含むパルス幅変調された値信号に基づき、前記第２の操作信号（１５）の期間に行われることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
13. 内燃機関の多重スパーク運転において、点火スパーク電流を通電または遮断するために、少なくとも１つの電流遮断しきい値によって点火変圧器が遮断可能または再通電可能である、内燃機関の多重スパーク運転の制御方法において、
    多重スパーク運転の全期間を設定するための制御装置が、多重スパーク運転を制御するために一連の点火スパークを発生させる点火変圧器の制御電子装置に情報を伝達するために、第１の操作信号（１４）および第２の操作信号（１５）を出力し、前記第１の操作信号および前記第２の操作信号のそれぞれが単線インターフェースで伝達されるパルスであり、前記第１の操作信号が第１のスパークの充電時間と点火時間を示し、前記第２の操作信号が多重スパーク過程の期間を示し、
    前記情報が、前記第１の操作信号と前記第２の操作信号との間の時間間隔（１６）を介して伝達される、１つの点火サイクルにおけるプログラミング可能な前記点火変圧器の二次電流遮断しきい値の設定値であることを特徴とする内燃機関の多重スパーク運転の制御方法。
14. 内燃機関の多重スパーク運転において、点火スパーク電流を通電または遮断するために、少なくとも１つの電流遮断しきい値によって点火変圧器が遮断可能または再通電可能である、内燃機関の多重スパーク運転の制御方法において、
    内燃機関の多重スパーク運転を制御するための一連の点火スパークを発生させるための点火変圧器の制御電子装置が、多重スパーク運転の全期間を設定する制御装置から、情報の伝達を受けるために、第１の操作信号（１４）および第２の操作信号（１５）を受け取り、前記第１の操作信号および前記第２の操作信号のそれぞれが単線インターフェースで伝達されるパルスであり、前記第１の操作信号が第１のスパークの充電時間と点火時間を示し、前記第２の操作信号が多重スパーク過程の期間を示し、
    前記情報が、前記第１の操作信号と前記第２の操作信号との間の時間間隔（１６）を介して受け取られる、１つの点火サイクルにおけるプログラミング可能な前記点火変圧器の二次電流遮断しきい値の設定値であることを特徴とする内燃機関の多重スパーク運転の制御方法。

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