DE102006023500B4

DE102006023500B4 - Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102006023500B4
Application number: DE102006023500A
Authority: DE
Inventors: Yusuke Naruse; Koichi Okamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: US20070137628A1; JP2007162650A; DE102006023500A1; US7267115B2; JP4188367B2

Abstract

Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die folgendes aufweist: eine elektronische Steuereinheit (2) zum Ausgeben eines Zündsignals zum Steuern einer Zündzeitgabe; einen Zünder (3) zum Zulassen und Abschalten eines Stromflusses zu einer Primärspule (17) einer Zündspule (8) mittels eines Schaltelements (11) basierend auf dem Zündsignal von der elektronischen Steuereinheit (2), um dadurch zu veranlassen, dass eine hohe Spannung zur Zündung in einer Sekundarspule (18) der Zündspule (8) erzeugt wird, zum Herausnehmen von Ionen, die in einer Zündkerze (19) als Ergebnis einer Zündung erzeugt werden, als Zonenstrom durch Anlegen einer Vorspannung, zum Umwandeln des Ionenstroms in ein Ionenstrom-Ausgangssignal und zum Ausgeben des Ionenstrom-Ausgangssignals zu der elektronischen Steuereinheit (2); und eine Signalleitung (7) zum Zulassen, dass sowohl das Zündsignal als auch das Ionenstrom-Ausgangssignal dort hindurch übertragen werden, wobei der Zünder (2) folgendes aufweist: eine Wellenform-Formungsschaltung (10) mit einem Eingangsanschluss, an welchem die Signalleitung angeschlossen ist und zu welchem auch eine elektrische Last (9) parallelgeschaltet ist, um dazu geeignet zu sein, dass eine Spannung an dem Eingangsanschluss über eine vorbestimmte Referenzspannung ansteigt, um das Schaltelement (11) EIN zu schalten, wenn veranlasst wird, dass das Zündsignal durch die elektrische Last (9) fließt; und eine Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung (13) mit einem mit dem Eingangsanschluss verbundenen Ausgangsanschluss, um daraus das Ionenstrom-Ausgangssignal auszugeben, das als Ergebnis einer Umwandlung des Ionenstroms erhalten ist, um derart eingestellt zu werden, dass die Spannung an dem Eingangsanschluss zu einer Zeit, zu welcher das Ionenstrom-Ausgangssignal zu der elektronischen Steuereinheit (2) ausgegeben wird, niedriger als die Referenzspannung wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der beispielsweise in einem Auto angebracht ist, und insbesondere ein Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, in welcher eine hohe Spannung für eine Zündung in einer Sekundärspule einer Zündspule erzeugt wird, indem mittels eines Schaltelements ein Stromfluss zu einer Primärspule der Zündspule zugelassen und abgeschaltet wird.
Eine herkömmliche Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor ist versehen mit Widerständen, über welche veranlasst wird, dass jeweils ein Strom entsprechend einem Ionenstrom und ein Strom eines Zündsignals fließen, einem Komparator zum Vergleichen von in den Widerständen erzeugten Spannungen miteinander und einem Schalter zum Durchführen eines Umschaltens zwischen dem Strom des Zündsignals und dem Strom entsprechend dem Ionenstrom basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs zum Zwecke eines Ausgebens einer Ausgabe von einer Schaltung zum Erfassen eines Ionenstroms über denselben Weg, welchem durch das Zündsignal gefolgt wird (siehe z. B. JP 2004-156608 A ).
Jedoch ist diese Zündvorrichtung anfällig für einen Einfluss einer Diskrepanz bzw. Unstimmigkeit bezüglich Eigenschaften zwischen dem auf einer Spulenseite konfigurierten Widerstand und dem Widerstand zum Zuführen des Zündsignals und dem Einfluss des Potentials einer Erdung GND, um dadurch zu derartigen Problemen zu führen, dass das Zündsignal nicht mit Genauigkeit zu einem Schaltelement zugeführt werden kann und dass die Größe der Schaltung erhöht wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, die zulässt, dass ein Zündsignal und ein Ionenstrom-Ausgangssignal über eine einzige Signalleitung übertragen werden, und selbst dann verhindert, dass eine fehlerhafte Zündung verursacht wird, wenn diesen Signalen während ihrer Ubertragung Störungen hinzugefügt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor folgendes: eine elektronische Steuereinheit zum Ausgeben eines Zündsignals zum Steuern einer Zündzeitgabe; einen Zünder zum Zulassen und Abschalten eines Stromflusses zu einer Primärspule einer Zündspule mittels eines Schaltelements basierend auf dem Zündsignal von der elektronischen Steuereinheit, um dadurch zu veranlassen, dass eine hohe Spannung zur Zündung in einer Sekundärspule der Zündspule erzeugt wird, zum Herausnehmen von Ionen, die in einer Zündkerze als Ergebnis einer Zündung erzeugt werden, als Ionenstrom durch Anlegen einer Vorspannung, zum Umwandeln des Ionenstroms in ein Ionenstrom-Ausgangssignal und zum Ausgeben des Ionenstrom-Ausgangssignals zu der elektronischen Steuereinheit; und eine Signalleitung zum Zulassen, dass sowohl das Zündsignal als auch das Ionenstrom-Ausgangssignal darüber übertragen werden. In der Zündvorrichtung enthält der Zünder folgendes: eine Wellenform-Formungsschaltung mit einem Eingangsanschluss, an welchem die Signalleitung angeschlossen ist und zu welchem auch eine elektrische Last parallelgeschaltet ist, um daran angepasst zu sein, dass eine Spannung an dem Eingangsanschluss über eine vorbestimmte Referenzspannung ansteigt, um das Schaltelement EIN zu schalten, wenn veranlasst wird, dass das Zündsignal durch die elektrische Last fließt; und eine Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung mit einem an den Eingangsanschluss angeschlossenen Ausgangsanschluss, um davon das als Ergebnis einer Umwandlung des Ionenstroms erhaltene Ionenstrom-Ausgangssignal auszugeben, um derart eingestellt zu werden, dass die Spannung am Eingangsanschluss zu einer Zeit, zu welcher das Ionenstrom-Ausgangssignal zu der elektronischen Steuereinheit ausgegeben wird, niedriger als die Referenzspannung wird.
In der Zündvorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Zündsignal und ein Ionenstrom-Ausgangssignal über die einzige Signalleitung übertragen, und es wird eine Differenz zwischen einer aus dem Zündsignal resultierenden Spannung und einer aus dem Ionenstrom-Ausgangssignal resultierenden Spannung so eingestellt, dass das Schaltelement zum Erzeugen einer hohen Spannung zur Zündung in der Zündkerze auf AUS gehalten wird, wenn das Ionenstrom-Ausgangssignal übertragen wird. Somit erreicht die Zündvorrichtung einen Effekt eines Verhinderns, dass die Größe der Schaltung erhöht wird.
Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, wobei:
1 ein Schaltungsdiagramm einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
2 Zeitdiagramme von Signalen bei jeweiligen Teilen der Zündvorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Schaltungsdiagramm einer Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Schaltungsdiagramm einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; und
5 ein Schaltungsdiagramm einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt Zeitdiagramme von Signalen bei jeweiligen Teilen der Zündvorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Eine Zündvorrichtung 1 für einen Verbrennungsmotor (die hierin nachfolgend der Einfachheit halber „Zündvorrichtung 1” genannt wird) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist als Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor entwickelt, der in einem Auto angebracht ist. Wie es in 1 gezeigt ist, besteht die Zündvorrichtung 1 aus einer elektronischen Steuereinheit 2 (die hierin nachfolgend ”ECU” 2 genannt wird) und einem Zünder 3.
Die ECU 2 hat eine Verarbeitungseinheit 4, eine Zündsignal-Antriebsschaltung 5 und eine Ionensteuerschaltung 6.
Die Verarbeitungseinheit 4 sendet ein Zündbefehlssignal IGt₁ zu einer erwünschten Zeitgabe, wie beispielsweise zu einem Zeitpunkt t₁, basierend auf einem Signal von einem Sensor (nicht gezeigt) oder ähnlichem aus und analysiert ein nach einer Zündung eingegebenes Ionenstrom-Ausgangssignal.
In der Zündsignal-Antriebsschaltung 5 wird ein Transistor 25 EIN geschaltet, wenn das Zündbefehlssignal IGt₁, das zu einer Basis des Transistors 25 eingegeben ist, in Bezug auf den Pegel niedrig wird, so dass ein Zündsignalstrom von einer Energieversorgung 26 über den Transistor 25, eine Signalleitung 7 und einen Eingangswiderstand 9 zu einer Erdung GND fließt.
Die Ionensteuerschaltung 6 sendet nur ein von dem Zünder 3 über die Signalleitung 7 übertragenes Ionenstrom-Ausgangssignal zu der Verarbeitungseinheit 4.
Die Ionensteuerschaltung 6 besteht aus einer Stromspiegelschaltung 43 und einem Transistor 44 mit einer Gegentaktschaltung. Die Stromspiegelschaltung 43 besteht aus Transistoren 41 und 42. Ein Kollektor des Transistors 41 ist mit einem Kollektor des Transistors 42 und einem positiven Eingangsanschluss einer Komparatorschaltung 16 einer Wellenform-Formungsschaltung 10 verbunden. Ein Emitter des Transistors 41 ist mit einem Emitter des Transistors 42 und einem Kollektor des Transistors 44 verbunden. Eine Basis des Transistors 44 ist mit einem Anschluss zum Ausgeben eines Zündbefehlssignals der Verarbeitungseinheit 4 verbunden. Ein Emitter des Transistors 44 ist mit der Erdung GND verbunden.
Der Transistor 44 wird AUS geschaltet, wenn das Zündbefehlssignal IGt₁ bezüglich des Pegels niedrig wird, und wird EIN geschaltet, wenn das Zündbefehlssignal IGt₁ bezüglich des Pegels hoch wird. Während ein Schaltelement 11 EIN ist, das heißt während das Zündbefehlssignal IGt₁ bezüglich des Pegels niedrig ist, ist der Transistor 44 AUS. Daher wird ein Zündsignal IGt nicht als Ionenstrom-Ausgangssignal zu der Verarbeitungseinheit 4 übertragen, so dass der Transistor 44 als Maskenschaltung fungiert.
Der Zünder 3 besteht aus einer Zündspule 8, dem Eingangswiderstand 9 als elektrische Last, der Wellenform-Formungsschaltung 10, dem Schaltelement 11, einer Ionen-Vorspannschaltung 12 und einer Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13.
Die Wellenform-Formungsschaltung 10, die eine Referenzspannungsquelle 15 und die Komparatorschaltung 16 hat, treibt das Schaltelement 11 mittels des Zündsignals IGt von der Zündsignal-Antriebsschaltung 5 an. Die Signalleitung 7 ist mit dem positiven Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 16 verbunden und die Referenzspannungsquelle 15 ist mit einem negativen Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 16 verbunden. Ein Ausgangsanschluss der Komparatorschaltung 16 ist mit einem Gate des Schaltelements 11 verbunden.
Wenn die von dem positiven Eingangsanschluss eingegebene Spannung eine Referenzspannung Vton der Referenzspannungsquelle 15 übersteigt, ändert sich die Spannung am Ausgangsanschluss der Komparatorschaltung 16 bezüglich des Pegels von niedrig zu hoch.
Das Schaltelement 11 ist beispielsweise ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) mit einem Gateanschluss G, einem Kollektoranschluss C und einem Emitteranschluss E. Der Ausgangsanschluss der Komparatorschaltung 16 ist mit dem Gateanschluss G verbunden. Eine Primärspule 17 der Zündspule 8 ist mit dem Kollektoranschluss C verbunden. Der Emitteranschluss E ist mit der Erdung GND als Referenzpotentialstelle einer Karosserie eines Autos oder von ähnlichem verbunden. Im Allgemeinen wird diese Referenzpotentialstelle Erdung genannt.
Die Zündspule 8 hat die Primärspule 17 und die Sekundärspule 18. Ein Ausgangsanschluss einer Batterie am Fahrzeug oder von ähnlichem ist mit einem Energieversorgungsanschluss V_B verbunden, mit welchem die Primärspule 17 verbunden ist. Die Gleichspannung am Ausgangsanschluss der Batterie am Fahrzeug ist beispielsweise 12 V und die Spannung am Energieversorgungsanschluss V_B ist 12 V.
Eine Zündkerze 19 ist mit einer Hochspannungsseite 18a der Sekundärspule 18 verbunden. Die Zündkerze 19 ist in einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors angeordnet, um einen Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin, der in die Verbrennungskammer zugeführt wird, zu zünden und zu verbrennen.
Ein Eingangsanschluss 12a der Ionen-Vorspannschaltung 12 ist mit einer Niederspannungsseite 18b der Sekundärspule 18 verbunden.
Die Ionen-Vorspannschaltung 12 ist mit zwei Anschlüssen versehen, das heißt dem Eingangsanschluss 12a und einem Ausgangsanschluss 12b. Der Ausgangsanschluss 12b ist mit der Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 verbunden, die bei einer Stufe angeordnet ist, die diesem nachfolgt. Der Eingangsanschluss 12a ist mit der Niederspannungsseite 18b der Sekundärspule 18 verbunden.
Eine interne Konfiguration der Ionen-Vorspannschaltung 12 wird nun beschrieben werden. Die Ionen-Vorspannschaltung 12 hat eine Diode 21, einen Widerstand 22, eine Zenerdiode 23 und einen Kondensator 24. Eine Anode der Diode 21 und ein Anschluss des Widerstands 22 sind mit der Niederspannungsseite 18b der Sekundärspule 18 verbunden. Eine Kathode der Diode 21 und der andere Anschluss des Widerstands 22 sind jeweils mit einer Kathode der Zenerdiode 23 und einem Anschluss des Kondensators 24 verbunden. Eine Anode der Zenerdiode 23 und der andere Anschluss des Kondensators 24 sind mit dem Ausgangsanschluss 12b verbunden.
Die Diode 21 unterdrückt eine Sekundärspannung, die in der Sekundärspule 18 erzeugt wird, wenn ein Primärstrom in der Primärspule 17 ansteigt, um dadurch eine Fehlerzündung zu verhindern. Der Widerstand 22 stellt einen Pfad sicher, durch welchen ein Ionenstrom fließt. Aufgrund der auf der Hochspannungsseite 18a der Sekundärspule 18 erzeugten Spannung werden die Zenerdiode 23 und der Kondensator 24 mit elektrischen Ladungen geladen.
Die Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 ist mit zwei Anschlüssen versehen, das heißt einem Eingangsanschluss 13a und einem Ausgangsanschluss 13b. Der Eingangsanschluss 13a ist mit dem Ausgangsanschluss 12b der Ionen-Vorspannschaltung 12 verbunden. Der Ausgangsanschluss 13b ist mit der Signalleitung 7 an einer Stelle verbunden, die näher zu der ECU 2 als eine Anschlussstelle des Eingangswiderstands 9 ist.
Eine interne Struktur der Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 wird nun beschrieben werden. Die Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 hat zwei Dioden 31 und 32, eine Stromspiegelschaltung 35 mit zwei Transistoren 33 und 34 und einen Widerstand 36. Eine Anode der Diode 31 und eine Kathode der Diode 32 sind miteinander verbunden und eine Kathode der Diode 31 und eine Anode der Diode 32 sind miteinander verbunden, so dass eine bidirektionale Diode gebildet wird. Die Anode der Diode 31 ist mit dem Eingangsanschluss 13a verbunden und die Kathode der Diode 31 ist geerdet.
Ein Emitter des Transistors 33 und ein Emitter des Transistors 34 in der Stromspiegelschaltung 35 sind mit einer internen Energieversorgung V_CC verbunden. Eine Basis des Transistors 33 ist mit einer Basis des Transistors 34 und einem Kollektor des Transistors 33 verbunden. Der Kollektor des Transistors 33 ist mit dem Eingangsanschluss 13a verbunden. Andererseits ist ein Kollektor des Transistors 34 mit dem Ausgangsanschluss 13b über den Widerstand 36 verbunden.
Als nächstes wird ein Betrieb der Zündvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
Das Zündbefehlssignal Igt₁ wird zu der Zündsignal-Antriebsschaltung 5 von der Verarbeitungseinheit 4 zu dem Zeitpunkt t₁ eingegeben und die Zündsignal-Antriebsschaltung 5 wird EIN geschaltet, so dass ein Zündsignalstrom durch den Eingangswiderstand 9 fließt. Wenn der Zündsignalstrom durch den Eingangswiderstand 9 fließt, steigt eine Spannung Vout der Signalleitung 7 an. Wenn die Spannung Vout an dem positiven Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 16 gleich der Referenzspannung Vton, die in der Referenzspannungsquelle 15 eingestellt ist, oder höher als diese wird, wird das Schaltelement 11 EIN geschaltet. Als Ergebnis wird veranlasst, dass ein Primärstrom I₁ durch die Primärspule 17 fließt.
Danach wird dann, wenn die Spannung Vout am positiven Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 16 zu einem Zeitpunkt t₂ unter die Referenzspannung Vton abfällt, das Schaltelement 11 AUS geschaltet. Das Zündbefehlssignal IGt₁ wird nach dem Zeitpunkt t₂ bezüglich des Pegels hoch, so dass der Transistor 44 der Ionensteuerschaltung 6 EIN geschaltet wird.
Zu dem Zeitpunkt, zu welchem das Schaltelement 11 AUS geschaltet wird, wird der Primärstrom I₁, der durch die Primärspule 17 fließt, abgeschaltet, und eine hohe Spannung wird in dem Kollektor C des Schaltelements 11 erzeugt.
Diese hohe Spannung wird in eine negative Spannung umgewandelt, die einen Spalt der Zündkerze 19 isolieren und zunichte machen kann, und wird an die Sekundärspule 18 angelegt. Dann fließt zu einem Zeitpunkt t₃, wenn der Spalt der Zündkerze 19 isoliert und zunichte gemacht ist, ein Sekundärstrom I₂ von der Seite der Zündkerze 19 zu der Sekundärspule 18 und dann über die Diode 21, die Zenerdiode 23 und die Diode 31 zur Erdung GND.
Danach wird zu einem Zeitpunkt t₄ dann, wenn eine Entladung beendet ist, eine aufgrund der elektrischen Ladungen, mit welchen der Kondensator 24 geladen ist, erzeugte Spannung in dem Spalt der Zündkerze 19 vorgespannt und an Ionen angelegt, die als Ergebnis einer Verbrennung in einem Zylinder erzeugt sind. Dadurch fließt ein Ionenstrom über den Widerstand 22 zu der Sekundärspule 18. De Transistor 33 wird zu diesem Zeitpunkt EIN geschaltet, so dass die Stromspiegelschaltung 35 in Betrieb versetzt wird.
Da der Transistor 44 EIN ist, führt der Transistor 34 der Stromspiegelschaltung 35 einen Kollektorstrom entsprechend einem Ionenstrom, der über den Transistor 33 geflossen ist, zu der Ionensteuerschaltung 6 in der ECU 2 zu.
Wenn ein Strom entsprechend einem Ionenstrom durch den Transistor 42 der Stromspiegelschaltung 43 fließt, fließt er dann zu dem Transistor 41. Der Strom entsprechend dem Ionenstrom fließt zu der Verarbeitungseinheit 4. Der Strom entsprechend dem Ionenstrom ist ein Ionenstrom-Ausgangssignal.
Es sollte beachtet werden, dass die Spannung an dem positiven Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 16 durch Subtrahieren einer Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 34 und einem Abfall bezüglich einer Spannung an dem Widerstand 36 von einer Spannung der internen Energieversorgung V_CC in einer Zeitzone, in welcher der Ionenstrom fließt, erhalten wird. Durch Einstellen der Spannung am positiven Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 16 auf niedriger als die Referenzspannung Vton kann veranlasst werden, dass der Strom entsprechend dem Ionenstrom durch die Signalleitung 7 fließt, während die Ausgabe der Komparatorschaltung 16 auf niedrig gehalten wird.
Die Zündvorrichtung 1, wie sie oben beschrieben ist, kann veranlassen, dass ein Strom entsprechend einem Ionenstrom durch die gemeinsame Signalleitung 7 fließt, ohne zuzulassen, dass die Ausgabe der Komparatorschaltung 16 bezüglich des Pegels hoch wird, oder zuzulassen, dass eine hohe Spannung an die Zündkerze 19 angelegt wird, wodurch es möglich gemacht wird, zu verhindern, dass die Größe der Schaltung erhöht wird.
Die Stromspiegelschaltung 35 ist in der Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 konfiguriert und es wird veranlasst, dass ein Strom entsprechend einem Ionenstrom durch die Ionensteuerschaltung 6 fließt. Daher kann ungleich dem Fall einer Spannung eine stabile Steuerung durchgeführt werden, ohne durch Schwankungen bezüglich des Potentials bei der Erdung GND beeinflusst zu werden.
Die Ionensteuerschaltung 6 ist mit dem Transistor 44 versehen, der AUS ist, wenn ein Zündsignal zu ihm gesendet wird, so dass die Ionensteuerschaltung 6 AUS ist, wenn das Zündsignal zu ihr gesendet wird. Daher kann das Zündsignal zuverlässig zu der Komparatorschaltung 16 und den dieser nachfolgenden Komponenten übertragen werden. Als Ergebnis kann eine Verbesserung bezüglich der Zuverlässigkeit erreicht werden.
Der Transistor 25, der EIN geschaltet ist, wenn das Zündbefehlssignal bezüglich des Pegels niedrig ist, und der Transistor 44, der EIN geschaltet ist, wenn das Zündbefehlssignal bezüglich des Pegels hoch ist, sind als die Gegentaktschaltung konfiguriert. Daher kann die Konfiguration einer Schaltung zum Trennen eines Zündsignals von einem Ionenstrom-Ausgangssignal vereinfacht werden.
Zweits Ausführungsbeispiel
3 ist ein Schaltungsdiagramm einer Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13B gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie es in 3 gezeigt ist, ist die Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von der Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung diesbezüglich unterschiedlich, das eine Gruppe einer Vielzahl von Transistoren 34B anstelle des Transistors 34 verwendet wird, und diesbezüglich, dass ein Basisstrom-Kompensationstransistor 37 zum Kompensieren eines Basisstroms der durch die Gruppe der Transistoren 34B fließt, hinzugefügt ist. Da sie bezüglich anderer Aspekte identisch sind, wird dieselbe Beschreibung durch Zuteilen gleicher Bezugszeichen zu gleichen Komponenten weggelassen werden.
Ein Emitter des Basisstrom-Kompensationstransistors 37 ist mit einer Basis des Transistors 33 verbunden, eine Basis des Basisstrom-Kompensationstransistors 37 ist mit einem Kollektor des Transistors 33 verbunden und der Kollektor des Basisstrom-Kompensationstransistors 37 ist mit der Erdung GND verbunden.
Die Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wie sie oben beschrieben ist, kompensiert einen Basisstrom, der durch die Gruppe der Transistoren 34B fließt, mittels des Basisstrom-Kompensationstransistors 37, um es dadurch möglich zum machen, einen Strom entsprechend einem Ionenstrom mittels der Gruppe der Transistoren 34B zu verstärken und zu veranlassen, dass der verstärkte Strom durch die Ionensteuerschaltung 6 fließt. Als Ergebnis kann eine derartige Menge an Strom sichergestellt werden, dass Störungen toleriert werden, so dass eine stabilere Steuerung durchgeführt werden kann.
Drittes Ausführungsbeispiel
4 ist ein Schaltungsdiagramm einer Zündvorrichtung 1C für einen Verbrennungsmotor (die hierin nachfolgend einfach ”Zündvorrichtung 1C” genannt wird), gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie es in 4 gezeigt ist, ist die Zündvorrichtung 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von der Zündvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung diesbezüglich unterschiedlich, dass eine Energieversorgungsschaltung 50 hinzugefügt ist, und diesbezüglich, dass eine Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13C und eine erste Konstantstromschaltung 14 als elektrische Last jeweils anstelle der Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 und des Eingangswiderstands 9 verwendet werden. Da sie bezüglich anderer Aspekte identisch sind, wird dieselbe Beschreibung durch Zuteilen gleicher Bezugszeichen zu gleichen Komponenten weggelassen werden.
Die erste Konstantstromschaltung 14 veranlasst, dass ein konstanter Strom von der Energieversorgung 26 zu dem Transistor 25 und der Signalleitung 7 fließt, wenn der Transistor 25 in der Zündsignal-Antriebsschaltung 5 EIN geschaltet ist.
Während die Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 mit der internen Energieversorgung V_CC bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung versehen ist, ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Energieversorgungsschaltung 50 vorgesehen, die eine interne Energieversorgung von einer Energieversorgung V_B erzeugt, die von einer Batterie mit Energie versorgt wird.
Die Energieversorgungsschaltung 50 hat zwei Widerstände 51 und 52, einen Transistor 53 und eine Klemmdiode 54. Ein Anschluss des Widerstands 51 ist mit der Energieversorgung V_B verbunden und der andere Anschluss des Widerstands 51 ist mit einem Emitter des Transistors 53 und einem Anschluss des Widerstands 52 verbunden. Der andere Anschluss des Widerstands 52 ist mit einer Basis des Transistors 53 und einer Kathode der Klemmdiode 54 verbunden. Eine Anode der Klemmdiode 54 ist mit der Erdung GND verbunden. Ein Kollektor des Transistors 53 ist mit dem Emitter des Transistors 34 in der Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13C verbunden. Die Spannung am Kollektor des Transistors 53 ist gleich der Spannung der internen Energieversorgung V_CC.
Die Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird durch Hinzufügen einer zweiten Konstantstromschaltung 38 und eines Transistors 39 zu der Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten. Die zweite Konstantstromschaltung 38 ist zwischen der internen Energieversorgung V_CC und einem Emitter des Basisstrom-Kompensationstransistors 37 angeordnet. Eine Basis des Transistors 39 ist zischen dem Kollektor des Transistors 34 und dem Widerstand 36 angeschlossen. Ein Kollektor des Transistors 39 ist mit dem Ausgangsanschluss 13B verbunden.
Als nächstes wird ein Betrieb der Zündvorrichtung 1C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Jedoch wird die Beschreibung des Betriebs auf das beschränkt werden, was unterschiedlich von dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, ohne darauf Bezug zu nehmen, was gleich diesem ist.
Wenn das Zündbefehlssignal IGt₁ bezüglich des Pegels niedrig wird und zu der Basis des Transistors 25 zugeführt wird, fließt ein Strom des Zündsignals IGt von der Energieversorgung 26 zu der Erdung GND über den Transistor 25 und die erste Konstantstromschaltung 14.
Wenn ein Ionenstrom fließt, fließt ein Strom entsprechend dem Ionenstrom von der internen Energieversorgung V_CC zu dem Ausgangsanschluss 13b über den Transistor 34 und den Widerstand 36 und fließt ein konstanter Strom von der internen Energieversorgung V_CC zu dem Ausgangsanschluss 13b über die zweite Konstantstromschaltung 38 und den Transistor 39. Der Strom entsprechend dem Ionenstrom und der konstante Strom werden dann an dem Ausgangsanschluss 13b einander überlagert. Eine Komponente eines resultierenden Stroms, die dem konstanten Strom entspricht, fließt zu der Erdung GND über die erste Konstantstromschaltung 14 und der Strom entsprechend Ionenstrom fließt zu der Erdung GND über die Transistoren 42 und 44.
Durch derartiges Entzerren der Intensität des konstanten Stroms, der durch die zweite Konstantstromschaltung 38 fließt, und der Intensität des konstanten Stroms, der durch die erste Konstantstromschaltung 14 fließt, kann nur der Strom entsprechend dem Ionenstrom zu der Ionensteuerschaltung 6 zugeführt werden.
Da die Energieversorgungsschaltung 50 mit einer Klemmschaltung ausgestattet ist, wird die Spannung, die zu der Zeit erzeugt wird, wenn ein Strom entsprechend einem Ionenstrom fließt, unterdrückt. Daher kann durch Einstellen der Spannung der internen Energieversorgung V_CC gleich der Referenzspannung Vton der Wellenform-Formungsschaltung 10 niedriger als diese der Strom entsprechend dem Ionenstrom zu der Seite der ECU 2 zugeführt werden, ohne die Wellenform-Formungsschaltung 10 EIN zu schalten.
Bei der Zündvorrichtung 1C, wie sie oben beschrieben ist, ist die erste Konstantstromschaltung 14 mit dem positiven Eingangsanschluss der Wellenform-Formungsschaltung 10 verbunden, um zu veranlassen, dass ein konstanter Strom über die Signalleitung 7 als Zündsignal fließt. Somit kann die Zuverlässigkeit eines elektrischen Kontakts, der beispielsweise zu einem Anschlussstück der Signalleitung 7 zum Verbinden der ECU 2 mit dem Zünder 3 gehört, verbessert werden.
Wenn veranlasst wird, dass ein Strom entsprechend einem Ionenstrom fließt, wird derselbe Strom wie der Strom, der durch die erste Konstantstromschaltung 14 fließt, von der zweiten Konstantstromschaltung 38 auf eine überlagerte Weise ausgegeben, so dass nur der Strom entsprechend dem Ionenstrom zu der Ionensteuerschaltung 6 zugeführt werden kann. Als Ergebnis kann die Konfiguration der Schaltung zum Trennen des Stroms entsprechend dem Ionenstrom vereinfacht werden.
Da die Energieversorgungsschaltung 50 mit der Klemmschaltung ausgestattet ist, ist es möglich, einen Spielraum für einen fehlerhaften Betrieb beim Erfassen und Ausgeben eines Ionenstroms sicherzustellen. Folglich ist die Energieversorgungsschaltung 50 unanfällig für den Einfluss von Störungen.
Viertes Ausführungsbeispiel
5 ist ein Schaltungsdiagramm einer Zündvorrichtung 1D für einen Verbrennungsmotor (die hierin nachfolgend einfach ”Zündvorrichtung 1D” genannt wird), gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Zündvorrichtung 1D gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist von der Zündvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung diesbezüglich unterschiedlich, dass eine Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13D verwendet wird, und diesbezüglich, dass der Eingangswiderstand 9 weggelassen ist. Da sie bezüglich anderer Aspekte identisch sind, wird dieselbe Beschreibung durch Zuteilen gleicher Bezugszeichen zu gleichen Komponenten weggelassen werden.
Die Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13D gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist von der Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung diesbezüglich unterschiedlich, dass ein Widerstand 56 und eine Diode 57 zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 34 angeschlossen sind. Da sie bezüglich anderer Aspekte identisch sind, wird dieselbe Beschreibung durch Zuteilen gleicher Bezugszeichen zu gleichen Komponenten weggelassen werden.
Wenn das Zündbefehlssignal IGt₁ bezüglich des Pegels niedrig wird, wird der Transistors 25 EIN geschaltet und fließt ein Zündsignalstrom von der Energieversorgung 26 über den Transistor 25, die Signalleitung 7, die Diode 57 und den Widerstand 56. Die Spannung Vout am positiven Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 16 ist zu diesem Zeitpunkt gleich einem Wert, der durch Addieren eines Abfalls bezüglich der Spannung am Widerstand 56 zu der Spannung der internen Energieversorgung V_CC erhalten wird. Wenn eine Schaltungskonstante unter der Annahme eingestellt wird, dass dieser Wert gleich der Referenzspannung Vton oder höher als diese ist, wird die Ausgabe der Komparatorschaltung 16 bezüglich des Pegels hoch, wenn der Zündsignalstrom dort hindurch fließt. Wenn andererseits das Zündbefehlssignal IGt₁ bezüglich des Pegels hoch ist, fließt kein Strom durch die Diode 57 als Sperrspannung, weil das Potential des Kollektors des Transistors 25 niedriger als die Spannung der internen Energieversorgung V_CC ist. Ein Strom entsprechend einem Ionenstrom fließt von der internen Energieversorgung V_CC zu der Erdung GND über den Transistor, den Transistor 42 und den Transistor 44 nur dann, wenn der Ionenstrom durch den Transistor 33 fließt.
Die Zündvorrichtung 1D, wie sie oben beschrieben ist, kann die Zuverlässigkeit eines Kontakts sicherstellen, der zu beispielsweise dem Anschlussstück der Signalleitung 7 zum Verbinden der ECU 2 mit dem Zünder 3 gehört, in dem veranlasst wird, dass ein Zündsignalstrom von der Energieversorgung 26 zu der internen Energieversorgung V_CC fließt.
Da der Eingangswiderstand 9 und der Widerstand 36 weggelassen werden können, kann die Schaltung vereinfacht werden.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Transistor 34 der Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung 13D als einzelner Transistor aufgebaut. Jedoch wird ein gleicher Effekt selbst dann erreicht, wenn eine Gruppe von mehreren Transistoren und ein Basisstrom-Kompensationstransistor verwendet werden, wie in dem Fall des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In der vorangehenden Beschreibung wird die Zündvorrichtung gemäß irgendeinem von dem ersten bis zum vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor verwendet, der in einem Auto angebracht ist. Jedoch kann die Zündvorrichtung auch für einen Verbrennungsmotor verwendet werden, der in einem Schiff angebracht ist, oder einen Verbrennungsmotor, der als Antrieb für häusliche oder landwirtschaftliche Zwecke verwendet wird.

Claims

Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die folgendes aufweist: eine elektronische Steuereinheit (2) zum Ausgeben eines Zündsignals zum Steuern einer Zündzeitgabe; einen Zünder (3) zum Zulassen und Abschalten eines Stromflusses zu einer Primärspule (17) einer Zündspule (8) mittels eines Schaltelements (11) basierend auf dem Zündsignal von der elektronischen Steuereinheit (2), um dadurch zu veranlassen, dass eine hohe Spannung zur Zündung in einer Sekundarspule (18) der Zündspule (8) erzeugt wird, zum Herausnehmen von Ionen, die in einer Zündkerze (19) als Ergebnis einer Zündung erzeugt werden, als Zonenstrom durch Anlegen einer Vorspannung, zum Umwandeln des Ionenstroms in ein Ionenstrom-Ausgangssignal und zum Ausgeben des Ionenstrom-Ausgangssignals zu der elektronischen Steuereinheit (2); und eine Signalleitung (7) zum Zulassen, dass sowohl das Zündsignal als auch das Ionenstrom-Ausgangssignal dort hindurch übertragen werden, wobei der Zünder (2) folgendes aufweist: eine Wellenform-Formungsschaltung (10) mit einem Eingangsanschluss, an welchem die Signalleitung angeschlossen ist und zu welchem auch eine elektrische Last (9) parallelgeschaltet ist, um dazu geeignet zu sein, dass eine Spannung an dem Eingangsanschluss über eine vorbestimmte Referenzspannung ansteigt, um das Schaltelement (11) EIN zu schalten, wenn veranlasst wird, dass das Zündsignal durch die elektrische Last (9) fließt; und eine Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung (13) mit einem mit dem Eingangsanschluss verbundenen Ausgangsanschluss, um daraus das Ionenstrom-Ausgangssignal auszugeben, das als Ergebnis einer Umwandlung des Ionenstroms erhalten ist, um derart eingestellt zu werden, dass die Spannung an dem Eingangsanschluss zu einer Zeit, zu welcher das Ionenstrom-Ausgangssignal zu der elektronischen Steuereinheit (2) ausgegeben wird, niedriger als die Referenzspannung wird.
Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Ionenstrom-Ausgangssignal eine Stromausgabe entsprechend dem Ionenstrom ist.
Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Ionenstrom-Ausgangssignal eine durch Verstärken des Ionenstroms erhaltene Stromausgabe ist.
Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung (13) einen Strom entsprechend dem Ionenstrom durch Durchführen einer Stromspiegeloperation an dem Ionenstrom ausgibt.
Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuereinheit (2) eine Erfassung des Ionenstrom-Ausgangssignals verhindert, wenn das Zündsignal zum Zünder (3) zugeführt wird.
Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, wobei die elektronische Steuereinheit (2) eine Gegentaktschaltung verwendet, um eine Erfassung des Ionenstrom-Ausgangssignals mittels einer Stromspiegelschaltung zuzulassen oder zu verhindern.
Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei: die elektrische Last (14) als erste Konstantstromschaltung aufgebaut ist; und die Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung (13) eine zweite Konstantstromschaltung (38) zum Überlagern eines Konstantstroms, der bezüglich eines Werts gleich einem Konstantstrom ist, der durch die erste Konstantstromschaltung fließt, über das Ionenstrom-Ausgangssignal, wenn das Ionenstrom-Ausgangssignal zu der elektronischen Steuereinheit (2) zugeführt wird, hat.
Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, die weiterhin eine Energieversorgungsschaltung (50) aufweist, die mit einer Klemmschaltung ausgestattet ist, um die Ionenstrom-Erfassungs/Ausgabe-Schaltung (13) mit einer Konstantspannungs-Energieversorgung zu versehen.
Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die elektrische Last eine Diode (57), ein Widerstand (56) oder eine in Reihe zu einer Konstantspannungs-Energieversorgung (50) geschaltete Konstantstromschaltung ist.