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BEREICH DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung
und ein Verfahren für
Brennkraftmaschinen, und im Einzelnen eine Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung und
ein Verfahren für
Brennkraftmaschinen, die eine mehrfache Zündungsentladung bei einer Zündkerze in
einem Verbrennungstakt jedes Zylinders bewirken.
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GRUNDLAGEN
DER ERFINDUNG
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In
einer fremd gezündeten
Brennkraftmaschine, d. h. einer Brennkraftmaschine mit Zündung durch
Zündkerzen,
wird eine Zündung
bei einer Zündkerze
durch eine Zündeinrichtung
bewirkt, einschließlich
einer Zündspule
und dergleichen, und es wird durch diese Zündungsentladung in die Brennkraftmaschine
eingeleiteter Brennstoff verbrannt. Um die Verbrennungsbedingungen
in gewünschter
Weise auszugestalten wurde eine Mehrfachentladung vorgeschlagen
zum Bewirken der Zündungsentladungen
bei eine Zündkerze
mehr als einmal in einem Verbrennungstakt (Arbeitstakt) jedes Zylinders.
Die Zündungsentladung
wird somit bei einer Zündkerze während einer
vorbestimmten mehrfachen Entladeperiode wiederholt durchgeführt.
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Die
Druckschrift
US 5 056 496 (
JP 2811781 ) offenbart beispielsweise
ein Zündsystem,
das eine Kombination aus einer kapazitiven Entladezündeinrichtung
und einer Mehrfach-Entlade-Zündeinrichtung
darstellt. In diesem System sind eine Batterie, eine Energiespeicherspule
und ein erster Schalter miteinander in Reihe geschaltet, und es
sind ferner die Energiespeicherspule, eine Rückfluss-Verhinderungseinrichtung, eine Primärspule einer
Zündspule und
ein zweiter Schalter miteinander in Reihe geschaltet. Die Energiespeicherspule
ist mit einem Kondensator über
die Rückfluss-Verhinderungseinrichtung
verbunden, und die Sekundärspule
der Zündspule
ist mit einer Zündkerze
verbunden.
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Nachdem
die Energiespeicherspule und der Kondensator geladen wurden, werden
entsprechend diesem Aufbau die Energiespeicherspule und der Kondensator
zum Laden der Zündspule
entladen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Anfangszündungsentladung bei der Zündkerze
bewirkt. Der erste und zweite Schalter werden danach periodisch
und alternierend ein- und ausgeschaltet. Die Energiespeicherspule wird
aufgeladen und die Zündspule
wird entladen. Zwischenzeitlich ist die Zündspule aufgeladen und ist die
Energiespeicherspule entladen. Daher wird über die Sekundärseite der
Zündspule
sowohl in der Vorwärtsrichtung
als auch in der Rückwärtsrichtung
ein Strom zugeführt
zum Bewirken einer wiederholten Zündungsentladung bei der Zündkerze.
Auf diese Weise wird die Mehrfachentladung durchgeführt.
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Einige
bekannte Maschinen wurden verbessert zur Vergrößerung der Zylindereinströmungsgeschwindigkeit
eines Luft-Brennstoffgemischgases zur Verbesserung der Verbrennungsbedingungen.
In einem derartigen Fall wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gases
um die Zündkerze
vergrößert, und dieses
erhöht
die zum Halten einer Zündungsentladung
erforderliche Spannung. In einer Ultramagerverbrennungsmaschine
oder dergleichen, bei der das Luft-Brennstoffverhältnis in
erheblichem Umfang mager eingestellt ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases um eine Zündkerze
weiter erhöht.
Es ist daher erforderlich, einen großen Strom durch die Zündkerze
bereitzustellen. In einer derartigen Umgebung kann ein erforderlicher
Sekundärstrom
nicht gewährleistet
werden.
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Da
die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases in der Nähe
einer Zündkerze
bei derartigen Maschinen hoch ist, kann ferner die Zündungsentladung während der
mehrfachen Entladung verschwinden. Um dieser Tatsache zu entsprechen
umfasst das Leistungszuführungssystem,
das mit der Primärspule verbunden
ist, eine Verstärkerschaltung
bzw. eine Boosterschaltung wie einen DC/DC-Wandler (Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler).
In der Boosterschaltung wird eine Veränderung in der Spuleninduktivität (Spuleninduktanz)
oder dergleichen infolge individueller Unterschiede, einer Änderung
im Verlauf der Zeit oder dergleichen erzeugt, wobei dies zu einem Übermaß oder einem
Mangel an der Primärspule
der Zündspule
zugeführter
Energie führen
kann. Wurde ein Übermaß oder ein
Mangel an der Primärspule
zugeführter
Energie erzeugt, dann führt
dies bei der Zündkerze
zu einer nicht stabilen Funkenentladung.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung
und ein zugehöriges
Verfahren für Brennkraftmaschinen
derart auszugestalten, dass ein Strom einer ausreichenden Intensität, der über eine
Zündkerze
zugeführt
wird, bei einer Mehrfachentladung gewährleistet ist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einer Mehrfachentladezündsteuerung für Brennkraftmaschinen
ein Zündzeitsignal
zu einer Zündzeit
erzeugt, und es wird ein Primärstrom
einer Primärspule
einer Zündspule
in Abhängigkeit
von dem Zündzeitsignal
zugeführt
zur Erzeugung eines sekundären
Stroms in der Sekundärspule
zum Starten der Zündung
durch die Zündkerze.
Nachfolgend zu dem Zündzeitsignal
wird ein Mehrfachentladeperiodensignal erzeugt, und es wird das
alternierende Ein- und Ausschalten der Erregung der Primärspule während des Mehrfachentladeperiodensignals
wiederholt zur Erzeugung des Sekundärstroms in der Sekundärspule sowohl
in einer Vorwärtsrichtung
als auch in einer Rückwärtsrichtung
zur Durchführung der
Mehrfachentladung in der Zündspule.
Der Sekundärstrom
wird ermittelt, und es wird das Einschalten und Ausschalten der
Erregung der Primärspule
jedes Mal dann umgeschaltet, wenn der Sekundärstrom einen vorbestimmten
Ladungshaltestromwert bei der Mehrfachentladung erreicht. Der Entladehaltestromwert
kann in Abhängigkeit
von einem Maschinenbetriebszustand bezüglich einer Einströmungsgeschwindigkeit
des Luft-Brennstoffgemischgases in der Nähe der Zündkerze verändert werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einer Mehrfachentladezündsteuerung
für Brennkraftmaschinen
ein Zürdzeitsignal
zu einer Zündzeit
erzeugt, und es wird ein Primärstrom
einer Primärspule
einer Zündspule
in Abhängigkeit
von dem Zündzeitsignal
zugeführt
zum Erzeugen eines Sekundärstroms
in der Sekundärspule
zum Starten der Zündung
durch eine Zündkerze.
Nachfolgend zu dem Zündzeitsignal
wird ein Mehrfachentladeperiodensignal erzeugt, und es wird ein
alternierendes Einschalten und Ausschalten der Erregung der Primärspule während des
Mehrfachentladeperiodensignals wiederholt zum Erzeugen des Sekundärstroms
in der Sekundärspule
sowohl in einer Vorwärtsrichtung
als auch in einer Rückwärtsrichtung
zur Durchführung
der Mehrfachentladung in der Zündkerze.
Während
des Einschaltens der Primärspule
in der Mehrfachentladeperiode führt
eine Boosterschaltung oder eine Verstärkerschaltung, die eine Vielzahl
von Boosterelementen enthält,
Boosterschaltungsströme
zu. Eine Gesamtsumme der Boosterschaltungsströme wird an einem Ort ermittelt,
bei dem die Vielzahl der Boosterelemente integriert ist, und es
wird das Einschalten und das Ausschalten der Boosterelemente auf
der Basis der Gesamtsumme der Ströme der Vielzahl der Boosterelemente
gesteuert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Die
vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren
verständlich.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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2 eine
graphische Signaldarstellung (Signaldiagramm) zur Veranschaulichung
eines Zündvorgangs,
der durchgeführt
wird, wenn IGBT-Elemente zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten
Zustand (EIN, AUS) in Abhängigkeit von
einer bestimmten Umschaltzeit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
umgeschaltet werden,
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3 ist
eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung
zwischen einer Gasströmungsgeschwindigkeit
und einem Entladungshaltestrom,
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4A und 4B sind
graphische Darstellungen zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen
einer Information bezüglich
des Zustands des Maschinenbetriebs und dem Entladungshaltestrom,
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5 ist
ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ablaufs (d. h. eines
Prozesses) zur Zündzeitsteuerung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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6 ist
eine graphische Signaldarstellung (Signaldiagramm) zur Veranschaulichung
des Zündvorgangs
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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7 ist
ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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8 ist
eine graphische Signaldarstellung (Signaldiagramm) zur Veranschaulichung
des Zündvorgangs
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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9A ist
ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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9B ist
eine graphische Signaldarstellung (Signaldiagramm) zur Veranschaulichung
eines Zündvorgangs
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel,
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10A ist ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung
einer Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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10B ist eine graphische Signalsdarstellung (Signaldiagramm)
zur Veranschaulichung eines Zündvorgangs
gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel,
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11 ist
ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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12 ist
eine graphische Signaldarstellung (Signaldiagramm) zur Veranschaulichung
des Zündvorgangs
gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,
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13A und 13B sind
graphische Schaltungsdarstellungen von Boosterschaltungen jeweils
gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
und einem vergleichenden Beispiel, und
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14A und 14B sind
graphische Signaldarstellungen (Signaldiagramme) zur Veranschaulichung
von Vorgängen
der Boosterschaltungen gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
und dem vergleichenden Beispiel.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend im Einzelnen unter Bezugnahme
auf verschiedene Ausführungsbeispiele
beschrieben, in welchen eine Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen
vorgesehen ist. Bei dieser Steuerungsvorrichtung ist eine Zündkerze
vorgesehen zur Erzeugung eines Entladungsfunkens unter einem Zündbefehl
von einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU).
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß der Darstellung
in 1 ist eine Batterie 11 als eine Geichstromleistungsquelle
in Reihe mit einer Energiespeicherspule 12 und einem ersten IGBT 13 (insulated
gate bipolar transistor) verbunden. Wird der IGBT 13 eingeschaltet
(EIN), dann wird in der Energiespeicherspule 12 elektrische
Energie gespeichert. Zwischen der Energiespeicherspule 12 und
dem IGBT 13 ist ein Kondensator 15 für eine kapazitive
Entladung über
eine Diode 14 geschaltet. Der Kondensator 15 wird
mit der in der Energiespeicherspule 12 gespeicherten elektrischen
Energie geladen.
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Eine
für jeden
Zylinder der Maschine vorgesehene Zündspule 21 ist derart
aufgebaut, dass sie eine Primärspule 21a und
eine Sekundärspule 21b aufweist.
Ein Ende oder ein Anschluss jeder Primärspule 21a ist mit
dem Kondensator 15 verbunden, und das andere Ende bzw.
der andere Anschluss ist mit einem zweiten IGBT 22 verbunden.
Wird der IGBT 22 ein- oder ausgeschaltet, dann wird im
Ergebnis dessen die in der Energiespeicherspule 12 und
dem Kondensator 15 gespeicherte elektrische Energie freigegeben,
und es wird ein Primärstrom
I1 über
die Primärspule 21a zugeführt, so
dass die Primärspule 21a erregt
wird. Ein Ende (Anschluss) jeder Sekundärspule 21b ist mit
einer Zündkerze 23 verbunden,
und das andere Ende (Anschluss) ist mit einem Widerstand 24 zur
Erfassung des Stroms verbunden. Wird über die Primärspule 21a ein
Strom zugeführt,
dann wird in Verbindung damit ein Sekundärstrom I2 durch die Sekundärspule 21b zugeführt. Sodann
wird bewirkt, dass an der Zündspule 23 eine Zündungsentladung
auftritt, indem eine Entladeenergie von der Zündspule 21 (Anlegen
einer hohen Spannung) zugeführt
wird. Hierbei wird die Aufladungsspannung für den Kondensator 15 als
Vc bezeichnet, und die Klemmenspannung (Spannung zwischen den Klemmen)
der Zündkerze 23 wird
als eine Zündkerzenspannung
Vp bezeichnet. Der durch die Energiespeicherspule 12 zugeführte Strom
wird als ein Ladestrom Ie bezeichnet. Wird die Richtung eines Flusses
von der Batterie 11 zu der Primärspule 21a als positiv
betrachtet, dann wird der über
die Zündspule 21a zugeführte Strom
als ein Primärstrom I1
angesehen. Wird die Richtung eines Flusses von der Sekundärspule 21b zu
der Zündkerze 23 als
positiv betrachtet, dann wird der Strom (Zündkerzenstrom), der über die
Sekundärspule 21b zugeführt wird,
als Sekundärstrom
I2 bezeichnet.
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In
bekannter Weise beruht die elektronische Steuerungseinheit ECU 20 auf
einem Mikrocomputer, der eine Zentraleinheit CPU, einen Speicher RAM,
einen Speicher ROM und dergleichen aufweist. Die elektronische Steuerungseinheit
ECU 20 verarbeitet unterschiedliche Steuerungsprogramme, die
in dem Speicher ROM gespeichert sind, und steuert auf diese Weise
verschiedene Zustände
des Maschinenbetriebs. In Verbindung mit der Zündzeitsteuerung beschafft die
elektronische Steuerungseinheit ECU 20 eine Betriebszustandsinformation
zur Angabe des Zustands des Maschinenbetriebs, wie die Maschinendrehzahl
NE (Maschinengeschwindigkeit), sowie eine Größe der Beschleunigungseinrichtungsbetätigung ACC,
und berechnet eine optimale Zündzeit
auf der Basis dieser Betriebszustandsinformation. Die elektronische
Steuerungseinheit ECU 20 erzeugt ein Zündsignal IGt in Abhängigkeit
von dieser Zündzeit,
und gibt dieses an die Zündsteuerungsschaltung 30 aus.
Bei dieser Zündsteuerungsvorrichtung
wird eine Mehrfachentladesteuerung durchgeführt, um die Verbrennungsbedingung
in wünschenswerter
Weise auszugestalten oder zu beeinflussen. Dies bedeutet, dass die
Zündentladung
bei der Zündkerze 23 mehr
als ein Mal (d. h. mehrfach) in einem Arbeitstakt oder Verbrennungstakt
durchgeführt
wird. Zu diesem Zweck berechnet die elektronische Steuerungseinheit
ECU 20 eine Mehrfachentladeperiode, während der die Zündentladung
wiederholt durchgeführt
wird, auf der Basis der Betriebszustandsinformation. Es wird ein
Mehrfachentladeperiodensignal IGw erzeugt, das die Mehrfachentladeperiode
definiert, und es wird dies zu der Zündsteuerungsschaltung (ICC) 30 ausgegeben.
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Auf
der Basis des Zündsignals
IGt und des Mehrfachentladeperiodensignals IGw, das von der elektronischen
Steuerungseinheit ECU 20 eingegeben wird, gibt die Zündsteuerungsschaltung 30 Ansteuerungssignale
IG1 und IG2 zum jeweiligen Ein- und Ausschalten der Transistoren
IGBT 13 und 22 aus. Insbesondere gibt die Zündsteuerungsschaltung 30 die
Ansteuerungssignale IG1 und IG2 in Verbindung mit dem Zündsignal
IGt zum jeweiligen Ein- und Ausschalten der IGBT 13 und 22 aus
und bewirkt, dass eine Zündentladung
entsprechend der Zündzeit (timing)
auftritt. Danach werden die IGBT 13 und 22 während der
Mehrfachentladeperiode in Abhängigkeit
von dem Mehrfachentladeperiodensignal IGW ein- und ausgeschaltet,
so dass wiederholt das Auftreten einer Zündentladung bewirkt wird.
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Ein
allgemeiner Zündvorgang
zum Bewirken einer mehrfachen Entladung ist in 2 gezeigt.
In diesem Beispiel wird die Anfangszündentladung zu einer Zeit t11
als eine Zündzeit
durchgeführt,
und es wird die Entladung wiederholt während der Periode von der Zeit
t11 zu der Zeit t14 als eine Mehrfachentladeperiode durchgeführt. In
dieser Periode werden die IGBT 13 und 22 zu bestimmten
Umschaltzeitintervallen α ein-
und ausgeschaltet.
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Zuerst
wird das Zündsignal
IGt zu dem H-Pegel zu der Zeit t10 angehoben, bevor die Zündzeit t11 erscheint.
In Abhängigkeit
davon wird der IGBT 13 eingeschaltet, und es wird ein Ladestrom
Ie zugeführt und
es wird ebenfalls die Energiespeicherspule 12 geladen.
Wird das Zündsignal
IGt auf den L-Pegel zu der Zeit t11 als die Zündzeit vermindert, dann wird
der IGBT 13 ausgeschaltet und es wird der IGBT 22 eingeschaltet.
Im Ergebnis wird elektrische Energie gleichzeitig von der Energiespeicherspule 12 und dem
Kondensator 15 der Primärspule 21a zugeführt. In
Verbindung mit dieser Maßnahme
wird in der Sekundärspule 21b eine
hohe Spannung induziert, und es wird eine negative hohe Spannung
als Zündkerzenspannung
Vp an die Zündkerze 23 angelegt.
Im Ergebnis tritt an der Zündkerze 23 eine
Zündentladung
auf, und es fließt
der Sekundärstrom
I2 in der negativen Richtung. Danach wird während der Perioden, in denen
der IGBT 22 eingeschaltet ist, elektrische Energie von
der Energiespeicherspule 12 zugeführt. Somit tritt eine Zündentladung
kontinuierlich bei der Zündkerze 23 auf,
und es fließt
der Primärstrom I1
und es wird die Zündspule 21 geladen.
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Zu
der Zeit t11 wird das Mehrfachentladeperiodensignal IGw auf den
H-Pegel angehoben. Aus diesen Gründen
werden nach der Zeit t11 die IGBT 13 und 22 alternierend
ein- und ausgeschaltet, und eine Zündentladung wird wiederholt
bei der Zündkerze 23 bewirkt.
Dies bedeutet, dass zur Zeit t12, zu der das Umschaltzeitintervall α seit der
Zeit t11 abgelaufen ist, der IGBT 13 eingeschaltet und
der IGBT 22 ausgeschaltet ist. Somit wird die Energiespeicherspule 12 erneut
geladen, und es wird in Verbindung mit der Entladung der Zündspule 21 eine
positive Zündkerzenspannung
Vp an die Zündkerze 23 angelegt.
Im Ergebnis tritt eine Zündentladung
bei der Zündkerze 23 auf,
und der Sekundärstrom
I2 fließt
in der positiven Richtung. Zu einer Zeit t13, wenn ein weiteres
Umschaltzeitintervall α abgelaufen
ist, wird der IGBT 13 ausgeschaltet und wird der IGBT 22 eingeschaltet.
Elektrische Energie wird somit erneut von der Energiespeicherspule 12 der
Zündspule 21 zugeführt, und
es tritt bei der Zündkerze 23 erneut
eine Zündentladung
auf, und es wird sodann die Zündspule 21 erneut
geladen.
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Danach
werden die IGBT 13 und 22 zwischen einem Einschaltzustand
und einem Ausschaltzustand bei den Umschaltzeitintervallen umgeschaltet,
und es tritt eine Zündentladung
wiederholt bei der Zündkerze 23 auf,
bis das Mehrfachentladeperiodensignal IGw auf den L-Pegel vermindert
bzw. abgesenkt wird. Zu dieser Zeit tritt eine Fluktuation der Zündkerzenspannung
Vp durch die Luft-Brennstoffgemischgasströmung in
der Nähe
der Zündkerze 23 auf.
Der Sekundärstrom
I2 ist in Abhängigkeit
von der Größe der Zündkerzenspannung
Vp veränderlich. Dieser
wird somit schneller mit einer Erhöhung der Größe der Zündkerzenspannung Vp vermindert. Nachdem
das Mehrfachentladeperiodensignal IGw auf den L-Pegel zu einer Zeit
t14 vermindert wurde, wird der IGBT 13 zeitweilig eingeschaltet.
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In
einer Steuerung, bei der die IGBT 13 und 22 zwischen
ihrem eingeschalteten und ausgeschalteten Zustand zu bestimmten
Umschaltzeitintervallen α umgeschaltet
werden, wird die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases in der Nähe
der Zündkerze 23 erhöht. In Fällen, in
denen die Zündkerzenspannung
Vp, die erforderlich ist zum Bewirken einer Zündentladung, vergrößert wird
(beispielsweise 0.5 bis 1.1 kV oder dergleichen), besteht die Wahrscheinlichkeit,
dass der Sekundärstrom
I2 unterhalb eines Stromwerts (beispielsweise 10 bis 20 mA oder
dergleichen) fällt,
der zum Bewirken der Zündentladung erforderlich
ist. Um diesem Zustand zu entsprechen wird ein Entladehaltestrom
Ik als die Größe des Sekundärstroms
I2 eingestellt, die erforderlich ist zum Bewirken einer Zündentladung
bei Mehrfachentladungen; und die Zündsteuerungsschaltung 30 ist
in der Weise aufgebaut, dass die IGBT 13 und 22 zwischen
dem ein- und ausgeschalteten Zustand jedes Mal dann umgeschaltet
werden, wenn der Sekundärstrom
I2 einen positiven oder negativen Entladehaltestrom +Ik oder –Ik erreicht.
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Der
Entladehaltestrom Ik ist veränderlich
in Abhängigkeit
von der Strömungsgeschwindigkeit ν des Gases.
Gemäß der Darstellung
in 3 tendiert der Entladehaltestrom Ik zu einer Vergrößerung in Verbindung
mit einer Vergrößerung der
Strömungsgeschwindigkeit ν. Es ist
aus diesen Gründen
wünschenswert,
dass ein Entladehaltestrom Ik in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit ν eingestellt
wird. Da es schwierig ist, die Strömungsgeschwindigkeit ν des Gases
in jedem Zylinder direkt zu ermitteln, wird jedoch ein Entladehaltestrom
Ik auf der Basis einer Information des Zustands des Maschinenbetriebs
(Maschinenbetriebszustand) in Korrelation mit der Strömungsgeschwindigkeit ν gemäß der vorstehenden
Beschreibung eingestellt.
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Die 4A und 4B veranschaulichen die
Beziehung zwischen der Information bezüglich des Maschinenbetriebszustands
in Korrelation mit der Strömungsgeschwindigkeit ν und dem
Entladehaltestrom Ik. 4A veranschaulicht die Beziehung zwischen
dem Entladehaltestrom Ik und der Maschinendrehzahl SPD als eine
Art der Information des Zustands des Maschinenbetriebs. 4B veranschaulicht
die Beziehung zwischen dem Entladehaltestrom Ik und dem Grad einer
mageren Einstellung des Luft-Brennstoffverhältnisses A/F als eine Art der
Information des Zustands des Maschinenbetriebs. In 4B wird
das stöchiometrische
Luft-Brennstoffverhältnis
als λ =
1 bezeichnet. Wie es in 4 veranschaulicht
ist, ist der Entladehaltestrom Ik niedrig, wenn die Maschinendrehzahl
niedrig ist, und es steigt der Entladehaltestrom Ik mit einer Vergrößerung der Maschinendrehzahl
(Maschinengeschwindigkeit) an. Dies liegt daran, dass dann, wenn
die Maschinendrehzahl vergrößert wird,
die hin- und hergehende Bewegung eines Kolbens beschleunigt ist
und daher die Strömungsgeschwindigkeit ν ebenfalls
ansteigt. Gemäß der Darstellung
in 4B ist der Entladehaltestrom Ik im Wesentlichen
konstant, bis ein Grad der mageren Einstellung bei einem Luft-Brennstoffverhältnis ein
bestimmtes Ausmaß erreicht.
Wird das Luft-Brennstoffverhältnis
noch weiter abgemagert, dann wird der Entladehaltestrom Ik vergrößert. Die Gründe hierfür sind die
Folgenden: Bei einer mageren Verbrennung, bei der der Grad der mageren
Einstellung eines Luft-Brennstoffverhältnisses
groß ist, ist
die Verbrennungsgeschwindigkeit durch Erzeugen eines Wirbels oder
einer trommelförmigen
Strömung zum
Einleiten von Turbulenzen (Störungen)
erhöht. Daher
ist die Strömungsgeschwindigkeit ν stärker vergrößert als
in dem Fall, bei dem das Luft-Brennstoffverhältnis mager wird.
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Der
in 5 veranschaulichte Ablauf wird mittels der elektronischen
Steuerungseinheit ECU 20 zu vorbestimmten Zeitintervallen
durchgeführt
bzw. verarbeitet. Zuerst beschafft die elektronische Steuerungseinheit
ECU 20 eine Information bezüglich des Maschinenbetriebszustands,
wie die Maschinendrehzahl NE und die Größe der Beschleunigungseinrichtungsbetätigung ACC
gemäß einem
Schritt S101. In einem Schritt S102 wird nachstehend bestimmt, ob auf
der Basis der Betriebszustandsinformation eine Mehrfachentladung
durchgeführt
wird. Betrifft der Betriebszustand insbesondere eine niedrige Drehzahl der
Maschine und eine niedrige Last oder andere gleichartige Ereignisse,
dann bestimmt die elektronische Steuerungseinheit ECU 20,
dass eine Mehrfachentladung durchgeführt werden soll.
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In
Fällen,
in denen die Mehrfachentladung durchgeführt wird, geht die elektronische
Steuerungseinheit ECU 20 zu Schritt S103 über und
berechnet eine optimale Zündzeit
(IGt-Zeit) und die Mehrfachentladeperiode (IGw-Periode) auf der
Basis der Information bezüglich
des Maschinenbetriebszustands. In einem Schritt S104 berechnet die
elektronische Steuerungseinheit ECU 20 einen Entladehaltestrom
Ik auf der Basis der Information bezüglich des Maschinenbetriebszustands.
In einem Schritt S105 wird ein Zündsignal
IGt und ein Mehrfachentladeperiodensignal IGw entsprechend der Zündzeit und
der Mehrfachentladeperiode bestimmt, und es erfolgt eine Ausgabe
an die Zündsteuerungsschaltung 30.
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Gleichzeitig
wird ein Befehl für
den Entladehaltestrom Ik an die Zündsteuerungsschaltung 30 ausgegeben.
In Fällen,
in denen die Mehrfachentladung nicht durchgeführt wird, berechnet die elektronische
Steuerungseinheit ECU 20 eine Zündzeit (timing) gemäß Schritt
S106. Sie erzeugt ferner ein Zündsignal
IGt und gibt dieses an die Zündsteuerungsschaltung 30 gemäß Schritt
S107 aus.
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In
dem in 6 veranschaulichten Beispiel wird die Anfangszündentladung
zu einer Zeit t21 als eine Zündzeit
(IGt-Zeit) durchgeführt
bzw. bewirkt, und es wird die Zündentladung
während
der Periode von der Zeit t21 zu der Zeit t24 als eine Mehrfachentladeperiode
wiederholt durchgeführt.
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Während der
Periode oder Zeitdauer von der Zeit t20 zu der Zeit t21, bevor die
Zündzeit
auftritt, wird der IGBT 13 entsprechend des Zündsignals
IGt eingeschaltet, es wird ein Ladestrom Ie zugeführt und es
wird die Energiespeicherspule 12 geladen. Zu der Zeit t21
als der Zündzeit
wird der IGBT 13 ausgeschaltet und wird der IGBT 22 eingeschaltet.
Sodann wird elektrische Energie von der Energiespeicherspule 12 und
dem Kondensator 15 zugeführt, und es tritt bei der Zündkerze 23 eine
Anfangszündentladung
auf. Der Sekundärstrom
I2 fließt
in der negativen Richtung. Dieser Sekundärstrom I2 wird mittels des
Widerstands 24 erfasst und es wird dieser Wert zu der Zündsteuerungsschaltung 30 zurückgekoppelt.
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Danach
wird die elektrische Energie durch die Zündentladung bei der Zündkerze 23 aufgenommen,
und es vermindert sich hierbei der Sekundärstrom I2 allmählich. Zu
dieser Zeit wurde auf der Basis einer Information bezüglich des Maschinenbetriebszustands,
wie der Drehzahl der Maschine und dem Luft-Brennstoffverhältnis ein
Entladehaltestrom Ik eingestellt. Erreicht der Sekundärstrom I2
den negativen Entladehaltestrom –Ik zu einer Zeit t22, dann wird
IGBT 13 eingeschaltet und wird der IGBT 22 ausgeschaltet.
Daher tritt an der Zündkerze 23 in
Verbindung mit der Entladung der Zündspule 21 eine Zündentladung
auf, und es wird gleichzeitig die Energiespeicherspule 12 geladen.
Danach wird der Sekundärstrom
I2 erneut vermindert. Erreicht der Sekundärstrom I2 dem positiven Entladehaltestrom
+Ik zu einer Zeit t23, dann wird der IGBT 13 eingeschaltet
und es wird der IGBT 22 eingeschaltet. Daher wird das Auftreten
einer Zündentladung
bei der Zündkerze 23 durch
das Zuführen
der elektrischen Energie von der Energiespeicherspule 12 bewirkt,
und es wird gleichzeitig die Zündspule 21 geladen.
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Danach
werden die IGBT 13 und 22 zwischen dem eingeschalteten
und dem ausgeschalteten Zustand jedes Mal dann umgeschaltet, wenn
der Sekundärstrom
I2 dem positiven oder negativen Entladehaltestrom +Ik und –Ik erreicht,
und es tritt wiederholt eine Zündentladung
bei der Zündkerze 23 auf,
bis das Mehrfachentladeperiodensignal IGw auf den L-Pegel zu einer Zeit
t24 vermindert wird.
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Bei
der Mehrfachentladung, die gemäß diesem
ersten Ausführungsbeispiel
durchgeführt
wird, wird der Sekundärstrom
I2, der durch die Sekundärspule 21b der
Zündspule 21 zugeführt wird,
ermittelt, und es werden die IGBT 13 und 22 zwischen
dem eingeschalteten und dem ausgeschaltetem Zustand jedes Mal dann
umgeschaltet, wenn der Erfassungswert den positiven oder negativen
Entladehaltestrom +Ik oder –Ik
erreicht. Wird somit der Sekundärstrom I2
vermindert und wird er gleich dem positiven oder negativen Entladehaltestrom
+Ik oder –Ik,
dann wird der Primärstrom
I1 invertiert und es wird der Sekundärstrom I2 erneut zugeführt. Im
Ergebnis kann der Sekundärstrom
I2 bei dem Entladehaltestrom Ik oder höher gehalten werden.
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Ferner
wird der Entladehaltestrom Ik auf der Basis einer Information in
Korrelation mit der Zylindergaseinströmgeschwindigkeit ν eingestellt.
Im Ergebnis kann die Größe des zu
sichernden Sekundärstroms
I2 in Abhängigkeit
von der Strömungsgeschwindigkeit ν eingestellt
werden. Somit kann der Sekundärstrom
I2, der für
eine Zündentladung
erforderlich ist, in befriedigender Weise gewährleistet werden, auch wenn
die Strömungsgeschwindigkeit ν vergrößert wird.
-
(Zweites Ausführungsbeispiel)
-
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
ist in der Weise aufgebaut, dass es den Bedingungen einer Ultramagerverbrennungsmaschine
entspricht, bei der ein Luft-Brennstoffverhältnis sehr mager eingestellt ist.
Daher beträgt
die Zündkerzenspannung,
die zum Bewirken einer Zündentladung
erforderlich ist, 2 bis 5 kV oder dergleichen, und es beträgt der Entladehaltestrom,
der für
die Zündentladung
erforderlich ist, 50 bis 100 mA oder dergleichen. Das zweite Ausführungsbeispiel
umfasst einen DC/DC-Wandler (Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler)
als eine Leistungszuführungseinrichtung
zum Verstärken
und Ausgeben der Batteriespannung.
-
Gemäß der Darstellung
in 7 ist die Batterie 11 mit einem (Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler) 41,
nachstehend als DC/DC-Wandler 41 bezeichnet, mit einer
Ausgangsspannung von Vdc (mehrere 10 bis 100 Volt oder dergleichen)
verbunden. Gleichzeitig ist der DC/DC-Wandler 41 in Reihe
mit der Primärspule 21a über eine
Diode 42 verbunden, die der Rückflussverhinderung dient.
Der DC/DC-Wandler 41 kann
eine bekannte Verstärkerschaltung
bzw. Boosterschaltung sein, die aus einer Spule (Induktor), einem
Transistor, einer Diode und einem Kondensator bestehen kann. Wird
der IGBT 22 eingeschaltet, dann wird entsprechend diesem Aufbau
die Ausgangsspannung Vdc des DC/DC-Wandlers 41 an die Primärspule 21a angelegt,
und es wird elektrische Energie von dem DC/DC-Wandler 41 zugeführt.
-
In
einem in 8 veranschaulichten Beispiel wird
die Anfangszündentladung
zu einer Zeit t31 als eine Zündzeit
bewirkt, und es wird die Zündentladung wiederholt
während
der Periode bzw. Zeitdauer von der Zeit t31 zu der Zeit t34 als
eine Mehrfachentladeperiode durchgeführt.
-
Zuerst
wird während
der Periode von der Zeit t30 zu der Zeit t31, bevor die Zündzeit auftritt,
der IGBT 13 eingeschaltet und es wird die Energiespeicherspule 12 geladen.
Wird der IGBT 13 ausgeschaltet und der IGBT 22 eingeschaltet,
wobei dies zu einer Zeit t31 als der Zündzeit erfolgt, dann wird die
Primärspule 21a mit
elektrischer Energie von dem DC/DC-Wandler 41 sowie von
der Energiespeicherspule 12 und einem Kondensator 15 versorgt.
Somit wird eine Zündkerzenspannung
Vp von 2 kV oder höher
an die Zündkerze 23 angelegt,
es tritt eine Zündentladung
auf und es wird ein Sekundärstrom
I2 von 50 mA oder größer zugeführt. Zu
dieser Zeit wird die Ausgangsspannung Vdc des DC/DC-Wandlers 41 allmählich in
Verbindung mit der Zufuhr von elektrischer Energie zu der Zündspule 21 vermindert.
-
Danach
wird der Sekundärstrom
I2 allmählich
vermindert. Erreicht dieser den negativen Entladehaltestrom –Ik zu einer
Zeit t32, dann werden die beiden IGBT 13 und 22 zwischen
dem eingeschalteten und ausgeschalteten Zustand umgeschaltet. Somit
wird eine Zündentladung
bewirkt, die bei der Zündkerze 23 auftritt,
indem elektrische Energie in Verbindung mit der Entladung der Zündspule 21 zugeführt wird.
Zu dieser Zeit wird ein in dem DC/DC-Wandler 41 angeordneter
(und nicht gezeigter) Kondensator geladen, und es wird die Ausgangsspannung
Vdc des Wandlers wiederhergestellt. Der Sekundärstrom I2 wird sodann vermindert.
Erreicht der Sekundärstrom
I2 den positiven Entladehaltestrom +Ik zu einer Zeit t33, dann werden
die beiden IGBT 13 und 22 zwischen dem eingeschalteten
und ausgeschalteten Zustand umgeschaltet. Im Ergebnis wird die Zündspule 21 erneut
mit elektrischer Energie der Energiespeicherspule 12 und
des DC/DC-Wandlers 41 zugeführt,
und es tritt an der Zündkerze 23 eine
Zündentladung
auf.
-
Danach
wird in die beiden IGBT 13 und 22 zwischen dem
eingeschalteten und ausgeschalteten Zustand umgeschaltet, und eine
Zündentladung
tritt wiederholt bei der Zündkerze 23 jedes
Mal dann auf, wenn der Sekundärstrom
I2 den positiven oder negativen Entladehaltestrom +Ik oder –Ik erreicht.
Dies wird solange durchgeführt,
bis das Mehrfachentladeperiodensignal IGw auf den L-Pegel zu einer
Zeit t34 absinkt. Nach der Zeit t34 wird der Kondensator in dem
DC/DC-Wandler 41 geladen, und die Ausgangsspannung Vdc des
Wandlers wird auf ihre ursprüngliche
Spannung wiederhergestellt.
-
Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel wird
elektrische Energie von dem DC/DC-Wandler 41 zugeführt. Auch
wenn die Strömungsgeschwindigkeit ν des Gases
in der Nähe
der Zündkerze 23 vergrößert ist,
kann somit der Sekundärstrom
I2 bei dem Entladehaltestrom Ik oder höher gehalten werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
-
In
einem dritten Ausführungsbeispiel
gemäß der Darstellung
in 9A ist ein DC/DC-Wandler 51 (Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler)
als eine Leistungszuführungseinrichtung
zum Verstärken
(Booster) und Ausgeben einer Batteriespannung vorgesehen. Eine H-Brückenschaltung
besteht aus Transistoren 52 und 53 und IGBT 22 und 54,
und dient zum Zuführen
eines Stroms von dem DC/DC-Wandler 51 zu der Primärspule 21a der Zündspule 21 sowohl
in der Vorwärtsrichtung
als auch in der Rückwärtsrichtung
(umgekehrte Richtung). Durch das Zuführen des Stroms durch die Primärspule 21a sowohl
in der Vorwärtsrichtung
als auch in der Rückwärtsrichtung
durch die H-Brückenschaltung
wird eine für
eine Zündentladung
erforderliche elektrische Energie zugeführt.
-
Insbesondere
ist die Batterie 11 mit dem DC-/DC-Wandler 51 in
Verbindung mit der Ausgangsspannung Vdc (mehrere 10 bis 100 V oder
dergleichen) verbunden. Die Primärspule 21a ist
mit dem DC/DC-Wandler 51 über jeweils einen Transistor 52 oder 53 verbunden,
und ist ferner mit einem der IGBT 22 oder 54 mit
dem Massepotential verbunden. Wird der Transistor 52 und
der IGBT 22 eingeschaltet, während der Transistor 53 und
der IGBT 54 ausgeschaltet sind, dann fließt entsprechend
diesem Aufbau ein Strom von dem DC/DC-Wandler 51 auf dem Weg C1,
und es wird ein positiver Primärstrom I1
zugeführt.
Werden der Transistor 53 und der IGBT 54 eingeschaltet,
während
der Transistor 52 und der IGBT 22 ausgeschaltet
sind, dann fließt
ein Strom von dem DC/DC-Wandler 51 auf dem Weg C2, und es
wird ein negativer Primärstrom
I2 zugeführt.
-
Gemäß der Darstellung
in 9b wird die Anfangszündentladung zu einer Zeit t42
als die Zündzeit
bewirkt, und die Zündentladung
wird wiederholt durchgeführt
während
der Periode von einer Zeit t41 zu einer Zeit t44 als die Mehrfachentladeperiode.
-
Während der
Periode von der Zeit t40 zu der Zeit t41, bevor die Zündzeit auftritt,
wird zuerst der IGBT 13 eingeschaltet und wird die Energiespeicherspule 12 geladen.
Zu der Zeit t41 als die Zündzeit wird
der IGBT 13 ausgeschaltet und es werden der Transistor 52 und
der IGBT 22 eingeschaltet. Auf diese Weise wird elektrische
Energie der Primärspule 21a von
dem DC/DC-Wandler 51 sowie von der Energiespeicherspule 12 und
dem Kondensator 15 zugeführt. Zu dieser Zeit fließt ein Strom
von dem DC/DC-Wandler 51 auf dem Weg C1, und es wird der positive
Primärstrom
I1 zugeführt.
Somit wird eine Zündkerzenspannung
Vp von zwei kV oder größer an die
Zündkerze 23 angelegt,
und die Zündentladung tritt
auf und es wird der Sekundärstrom
I2 von 50 mA oder größer zugeführt.
-
Wird
der Sekundärstrom
I2 danach allmählich
vermindert und erreicht er den negativen Entladehaltestrom –Ik zu der
Zeit t42, dann wird jede Schalteinrichtung zwischen dem eingeschalteten- und
dem ausgeschalteten Zustand umgeschaltet (Umschaltung zwischen EIN
und AUS). Somit fließt ein
Strom von dem DC/DC-Wandler 51 auf dem Weg C2, und es wird
der negative Primärstrom
I1 zugeführt.
Im Ergebnis tritt an der Zündkerze 23 in
Verbindung mit der Entladung der Zündspule 21 eine Zündentladung
auf. Der Sekundärstrom
I2 wird danach vermindert. Erreicht der Sekundärstrom I2 den positiven Entladehaltestrom
+Ik zu einer Zeit T43, dann wird jede der Schalteinrichtungen zwischen
EIN und AUS umgeschaltet. Daher wird elektrische Energie von der
Energiespeicherspule 12 und dem DC/DC-Wandler 51 zugeführt, und
es tritt an der Zündkerze 23 eine
Zündentladung
auf.
-
Danach
wird jede Schalteinrichtung zwischen dem ausgeschalteten und dem
eingeschalteten Zustand umgeschaltet, und die Zündentladung tritt wiederholt
bei der Zündkerze 23 jedes
Mal dann auf, wenn der Sekundärstrom
I2 den positiven oder den negativen Entladehaltestrom +Ik oder –Ik erreicht.
Dies erfolgt solange, bis das Mehrfachentladeperiodensignal IGw
auf den L-Pegel zu einer Zeit t44 absinkt. Zu dieser Zeit vermindert
sich die Ausgangsspannung Vdc des DC/DC-Wandlers 51 allmählich in Verbindung
mit der Zuführung
der elektrischen Energie zu der Zündspule 21. Nach einer
Zeit t44 wird der Kondensator in dem DC/DC-Wandler 51 geladen, und
es wird die Ausgangsspannung Vdc auf ihre ursprüngliche Spannung wiederhergestellt.
-
Somit
wird elektrische Energie von dem DC/DC-Wandler 51 zugeführt. Auch
wenn die Strömungsgeschwindigkeit ν des Gases
in der Nähe
der Zündkerze 23 vergrößert wird,
kann somit der Sekundärstrom
I2 bei dem Entladehaltestrom Ik oder auf einem höheren Wert gehalten werden.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die H-Brückenschaltung
(bestehend aus den Elementen 22, 52, 53, 54)
vorgesehen, und es wird der Primärstrom
I1 durch die Primärspule 21a sowohl
in der Vorwärtsrichtung
als auch in der Rückwärtsrichtung
zugeführt.
Daher kann der Spitzenwert des Primärstroms I1 auf die Hälfte vermindert
werden im Vergleich zu den Fällen,
bei denen die Zündspule 21 geladen
und entladen wird und wobei der Primärstrom I1 durch die Primärspule 21a lediglich
in eine Richtung fließt
bzw. geleitet wird. Daher kann eine Aufheizung der Zündspule 21 unterdrückt werden.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
ist für
Ultramagerverbrennungsmaschinen vorgesehen, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit
hoch ist und die Zündentladung
weniger leicht auftritt. Wird jede der Schalteinrichtungen umgeschaltet
zum Bewirken einer Zündentladung,
dann ist eine Zündkerzenspannung
von 10 bis 20 kV oder dergleichen erforderlich. Folglich ist gemäß der Darstellung
in 10A das vierte Ausführungsbeispiel mit einem DC/DC-Wandler 61 (Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler) ausgestattet
für eine
Wiederzündung,
wobei die Ausgangsspannung mehrere hundert Volt oder dergleichen
beträgt,
zusätzlich
zu dem DC/DC-Wandler 41, der mit der Primärspule 21a der
Zündspule 21 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
verbunden ist. Bei einer Mehrfachentladung wird ein Kondensator
für eine
kapazitive Entladung zeitweilig durch den DC/DC-Wandler für die Wiederzündung geladen. Werden
die Schalteinrichtungen umgeschaltet, dann wird das Auftreten der
Zündentladung bewirkt,
indem elektrische Energie von dem Kondensator für eine kapazitive Entladung
zugeführt
wird.
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Insbesondere
ist die Batterie 11 mit dem DC/DC-Wandler 61 für die Wiederzündung verbunden,
wobei dessen Ausgangsspannung mehrere hundert Volt oder dergleichen
beträgt.
Gleichzeitig ist der DC/DC-Wandler 61 für die Wiederzündung in Reihe
mit der Primärspule 21a über eine
Diode 62 verbunden, die zur Verhinderung des Rückflusses (Fluss
in umgekehrter Richtung) dient.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
umfasst die Zündsteuerungsschaltung 30 eine
(nicht gezeigte) Spannungserfassungsschaltung zur Erfassung der Aufladespannung
des Kondensators 15. Wird die Zündentladung bei der Zündkerze 23 durch
Entladen der Zündspule 21 durchgeführt, dann
führt die
Zündsteuerungsschaltung 30 die
folgenden Betriebsvorgänge
durch: Ist der Sekundärstrom
I2 gleich oder niedriger als der Entladehaltestrom Ik, und ist die durch
die Spannungserfassungseinrichtung erfasste Aufladespannung des
Kondensators 15 gleich oder höher als ein bestimmter Pegel
(200 V oder dergleichen), der erforderlich ist für eine Wiederzündung, dann
schaltet die Zündsteuerungsschaltung 30 die IGBT 13 und 22 zwischen
dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand um.
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Gemäß der Darstellung
in 10B wird die Anfangszündentladung zu einer Zeit t51
als die Zündzeit
durchgeführt,
und die Zündentladung
wird wiederholt durchgeführt
während
der Periode von der Zeit t51 zu der Zeit t54 als die Mehrfachentladeperiode.
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Während der
Periode von der Zeit t50 zu der Zeit t51, bevor die Zündzeit auftritt,
wird zuerst der IGBT 13 eingeschaltet und es wird die Energiespeicherspule 12 entladen.
Wird der IGBT 13 ausgeschaltet und der IGBT 22 zur
einer Zeit t51 als die Zündzeit
eingeschaltet, dann wird die Primärspule 21 mit einer
elektrischen Energie von dem DC/DC-Wandler 41 sowie von
der Energiespeicherspule 12 und dem Kondensator 15 versorgt.
Die Zündkerzenspannung
Vp von 10 kV oder höher
wird an die Zündkerze 23 angelegt,
und die Zündentladung
tritt auf, und der Primärstrom
I1 wird zugeführt und
es wird die Zündspule 21 geladen.
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Wird
der Sekundärstrom
I2 allmählich
vermindert und erreicht er den negativen Entladehaltestrom –Ik zu einer
Zeit t52, dann werden die IGBT 13 und 22 zwischen
dem eingeschalten und ausgeschaltetem Zustand umgeschaltet. Die
Zündkerzenspannung
Vp von 10 kV oder größer wird
an die Zündkerze 23 in
Verbindung mit der Entladung der ausreichend geladenen Zündspule 21 angelegt,
und es wird die Zündkerze 23 wieder
gezündet
und die Zündentladung
tritt auf. Ferner wird zu dieser Zeit der Kondensator 15 mittels
des DC/DC-Wandlers 61 für die
Wiederzündung
geladen. Wird danach der Sekundärstrom
I2 vermindert, und erreicht dieser den positiven Entladehaltestrom
+Ik, dann werden die IGBT 13 und 22 zwischen dem
eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand umgeschaltet. Elektrische
Energie wird erneut von der Energiespeicherspule 12 und
dem Kondensator 15 zugeführt, der mittels des DC/DC-Wandlers
61 für
die Wiederzündung erneut
geladen wurde. Somit wird die Zündspule 23 wieder
gezündet
und es wird die Zündentladung durchgeführt.
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Danach
werden die IGBT 13 und 22 zwischen dem eingeschalteten
und dem ausgeschalteten Zustand umgeschaltet und die Zündentladung tritt
wiederholt bei der Zündkerze 23 jedes
Mal dann auf, wenn der Sekundärstrom
I2 dem positiven oder den negativen Entladehaltestrom +Ik oder –Ik erreicht.
Dies erfolgt solange, bis das Mehrfachentladeperiodensignal IGw
auf dem L-Pegel zu einer Zeit t54 abgesunken ist.
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Gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
ist parallel zu den DC/DC-Wandler 41 für die Wiederzündung der
DC/DC-Wandler 61 vorgesehen. Somit wird in einer Mehrfachentladung
der Kondensator 15 geladen und es wird elektrische Energie
von dem Kondensator 15 zu jeder Zeit zugeführt, Auch
wenn die Strömungsgeschwindigkeit ν des Gases
in der Nähe
der Zündkerze 23 ansteigt,
kann eine Zündentladung
ohne Fehler bzw. ohne ein Aussetzen der Zündung durchgeführt werden.
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Dabei
ist zu beachten, dass der DC/DC-Wandler 61 für die Wiederzündung in
dem dritten Ausführungsbeispiel
parallel zu dem DC/DC-Wandler 51 vorgesehen sein kann,
so dass die Mehrfachentladung durchgeführt werden kann. Auch mittels
dieses Aufbaus kann der Kondensator 15 geladen und entladen
werden, und es kann ohne ein Aussetzen der Zündung die Zündentladung durchgeführt werden.
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Das
vorstehend angegebene erste bis vierte Ausführungsbeispiel ist in der Weise
aufgebaut, dass eine Anfangszündentladung
durch eine kapazitive Entladezündschaltung
(CDI-Schaltung) einschließlich
des Kondensators 15 für
die kapazitive Entladung durchgeführt wird. Die Anfangszündentladung kann
jedoch auch erreicht werden durch den DC/DC-Wandler 61,
solange der DC/DC- Wandler 61 einen
Kondensator für
die kapazitive Entladung aufweist.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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In
einem fünften
Ausführungsbeispiel,
das eine Verbesserung des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels
darstellt und das in 11 veranschaulicht ist, ist
eine Batterie 11 als eine Gleichstrom-Leistungsquelle mit
einer Reihenschaltung der Energiespeicherspule 12 und dem
IGBT 13 verbunden, und es ist ferner die Energiespeicherspule 12 parallel
zu einem DC/DC-Wandler 70 (Boosterschaltung, Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler) geschaltet.
Wird der IGBT 13 eingeschaltet, dann wird die Energiespeicherspule 12 erregt.
Ist die Energiespeicherspule 12 erregt, dann wird in ihr
elektrische Energie gespeichert. Der DC/DC-Wandler 70 verstärkt die
Batteriespannung (Leistungsversorgungsspannung) auf beispielsweise
mehrere 10 bis 100 Volt oder dergleichen, durch wiederholtes Ein- und Ausschalten
einer Vielzahl von Verstärkungselementen
(Booster-Elemente, Booster-Spulen).
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Zwischen
der Energiespeicherspule 12 und dem IGBT 13 ist
ein Kondensator über
die Diode 14 für
eine kapazitive Entladung vorgesehen. Der Kondensator 15 ist
ebenfalls mit dem DC/DC-Wandler 70 verbunden. In diesem
Fall wird der Kondensator 15 mit in der Energiespeicherspule 12 sowie
mit einer Energie (Ausgangsstrom), die von dem DC/DC-Wandler 70 zugeführt wird,
geladen.
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Die
Zündspule 21 ist
in der Weise aufgebaut, dass sie die Primärspule 21a und die
Sekundärspule 21b aufweist,
und die Zündspule 21 ist
für jeden
Zylinder einer Maschine vorgesehen. Ein Ende (Anschluss) der Primärspule 21a ist
mit einem Zwischenpunkt zwischen dem DC/DC-Wandler 70 und
dem Kondensator 15 verbunden, und das andere Ende (der
andere Anschluss) ist mit dem IGBT 22 verbunden. Wird der
IGBT 22 ein- oder ausgeschaltet, dann wird intermittierend
eine elektrische Energie von der Energiespeicherspule 12,
dem DC/DC-Wandler 70 und dem Kondensator 50 zu
der Primärspule 21a zugeführt, und
es wird der Primärstrom
I1 in der Primärspule 21a erzeugt.
Ein Ende bzw. Anschluss der Sekundärspule 21b ist mit
der Zündkerze 23 verbunden, und
das andere Ende bzw. der andere Anschluss ist mit dem Widerstand 24 zur
Stromerfassung verbunden. Wird die Primärspule 21a erregt,
dann wird der Sekundärstrom
I2 durch die Sekundärspule 21b in Verbindung
mit dieser Erregung zugeführt.
Bei der Zündkerze 23 wird
durch das Zuführen
der Entladeenergie der Zündspule 21 (das
Anlegen einer hohen Spannung) das Auftreten einer Zündentladung
bewirkt. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Aufladespannung des Kondensators 15 mit Vc bezeichnet; der
Erregerstrom, der durch den IGBT 13 zugeführt wird,
ist Ie; der Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers 70 ist Iout;
der durch die Primärspule 21a zugeführte Primärstrom ist
I1 (die Richtung, in der der Strom fließt von einem Leistungsversorgungssystem
wie der Batterie 11 zu der Primärspule 21a wird als
positiv betrachtet); und der Sekundärstrom, der durch die Sekundärspule 21b zugeführt wird,
ist I2 (die Richtung, in der der Strom fließt von der Sekundärspule 21b zu
der Zündkerze 23 wird
als positiv angesehen).
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Die
Zündspule 21 und
der IGBT 22 sind für jeden
Zylinder der Maschine vorgesehen. Ferner ist die Leistungsversorgungssystemschaltung
mit der Energiespeicherspule 12, dem DC/DC-Wandler 70, dem
Kondensator 15 und dergleichen aufgebaut und es ist die
Leistungsversorgungssystemschaltung gemeinsam für jeden Zylinder vorgesehen,
so dass somit lediglich eine Leistungsversorgungssystemschaltung
vorgesehen ist.
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In
bekannter Weise umfasst die elektronische Steuerungseinheit ECU 20 einen
Mikrocomputer bestehend aus einer Zentraleinheit CPU, einem Speicher
RAM, einem Speicher ROM und dergleichen. Die elektronische Steuerungseinheit
ECU 20 verarbeitet verschiedene Steuerungsprogramme, die in
dem Speicher ROM gespeichert sind, und steuert auf diese Weise unterschiedliche
Zustände
des Betriebs der Maschine. In der Zündzeitsteuerung beschafft die
elektronische Steuerungseinheit ECU 20 eine Information über den
Betriebszustand, wie die Maschinendrehzahl und eine Größe der Beschleunigungseinrichtungsbetätigung zur
Angabe des Zustands des Maschinenbetriebs, und berechnet eine optimale
Zündzeit
auf der Basis dieser Betriebszustandsinformation. Es wird ein Zündsignal
IGt entsprechend dieser Zündzeit
erzeugt und es wird dieses zu der Zündsteuerungsschaltung 30 ausgegeben.
Um eine Verbrennung in gewünschter
Weise auszugestalten wird eine Mehrfachentladesteuerung durchgeführt, und
es wird somit eine Zündentladung bei
der Zündkerze 23 mehr
als einmal in einem Verbrennungstakt bzw. Arbeitstakt durchgeführt. Zu
diesem Zweck berechnet die elektronische Steuerungseinheit ECU 20 die
Mehrfachentladeperiode auf der Basis dieser Betriebszustandsinformation.
Sie erzeugt ferner das Mehrfachentladeperiodensignal IGw, das diese
Mehrfachentladeperiode definiert, und gibt diese Information zu
der Zündsteuerungsschaltung 30 aus.
-
Auf
der Basis des Zündsignals
IGt und des Mehrfachentladeperiodensignals IGw, das von der elektronischen
Steuerungseinheit ECU 20 eingegeben wurde, gibt die Zündsteuerungsschaltung
jeweils Ansteuerungssignale IG1 und IG2 für das Ein- und Ausschalten
der IGBT 13 und 23 aus. Insbesondere gibt die
Zündsteuerungsschaltung 30 die
Ansteuerungssignale IG1 und IG2 in Abhängigkeit von dem Zündsignal
IGt zum Ein- und Ausschalten der IGBT 13 und 22 aus
und bewirkt eine Zündentladung
zu der Zündzeit.
Danach wird das Ein- und Ausschalten der IGBT 13 und 22 wiederholt,
so dass während
der Mehrfachentladeperiode in Abhängigkeit von dem Mehrfachertladeperiodensignal
IGw eines dieser Elemente eingeschaltet und das andere ausgeschaltet ist,
wodurch wiederholt die Zündentladung
durchgeführt
wird.
-
Zu
dem Zweck des Verbesserns der Verbrennung in der Maschine oder dergleichen
wird eine Luftströmung
(Wirbelströmung,
trommelförmige
Strömung
und dergleichen) in der Brennkammer der Maschine (in dem Zylinder)
erzeugt. In Fällen,
in denen die Zylindereinströmung
in der vorstehend beschriebenen Weise erzeugt wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases in der Nähe
der Zündkerze 23 vergrößert. Dies
kann die Zündentladung
schwächen
und kann auch dazu führen,
dass in einigen Fällen
die Zündentladung
verschwindet. Um diesem Sachverhalt gerecht zu werden, werden gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die folgenden Maßnahmen
ergriffen zum Unterdrücken
des Verschwindens der Zündentladung
und dergleichen bei der Mehrfachentladung: Der Sekundärstrom I2
wird teilweise überwacht,
und die IGBT 13 und 22 werden gesteuert und ein-
und ausgeschaltet, so dass der Sekundärstrom I2 (der Absolutwert)
nicht unter den „Entladehaltestrom
Ik" fällt.
-
Es
ist wünschenswert,
dass der Entladehaltestrom Ik in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit
des in die Zylinder einströmenden
Gases entsprechend einer momentanen (aktuellen) Basis eingestellt
wird. Es erfolgt insbesondere eine Einstellung auf der Basis der
Maschinenbetriebsinformation (Maschinendrehzahl und dergleichen)
in Korrelation mit der Zylindergaseinströmgeschwindigkeit. Es wird angenommen,
dass die Zylindergaseinströmgeschwindigkeit
mit einer Vergrößerung der
Drehzahl der Maschine ansteigt, und es kann eine Vergrößerung der
Zylindergaseinströmgeschwindigkeit
die Möglichkeit
begünstigen,
dass eine Zündentladung verschwindet
oder es zu Aussetzern kommt. Daher wird der Entladehaltestrom Ik
umso mehr vergrößert, je
höher die
Maschinendrehzahl ist. Ferner wird der Entladehaltestrom Ik auf
der Basis des Grads der Abmagerung des Luft-Brennstoffverhältnisses
eingestellt, das einen Steuerungsparameter darstellt für die Wirbelströmung oder
die trommelförmige
Strömung
oder dergleichen. In diesem Fall wird der Entladehaltestrom Ik umso
mehr vergrößert, je
größer der
Grad der Abmagerung des Luft-Brennstoffverhältnisses ist.
-
Gemäß der Darstellung
in 12 wird die Anfangszündentladung zu einer Zeit t61
als eine Zündzeit
durchgeführt
bzw. bewirkt, und es wird die Entladung wiederholt durchgeführt während der
Periode von der Zeit t61 zu der Zeit t64 als die Mehrfachentladeperiode.
In diesem Beispiel wird die Zeitdauer der Leitung (leitende Periode)
der Primärspule 21a (die
Einschaltzeitdauer bzw. Einschaltperiode des IGBT 22) auf
der Basis des Sekundärstroms
I2 gesteuert, und es werden die Entladeperioden der Energiespeicherspule 12 und
des Kondensators 15 (die Einschaltzeitdauer oder Einschaltperiode
des IGBT 13) derart gesteuert, dass sie bestimmte Zeitperioden
sind.
-
Steigt
das Zündsignal
IGt zu dem H-Pegel zu der Zeit t60 an, bevor die Zündzeit t61
erreicht bzw. gekommen ist, dann wird in Abhängigkeit davon der IGBT 13 eingeschaltet.
Der Erregerstrom Ie wird durch den IGBT 13 zugeführt und
es wird die Energiespeicherspule 12 geladen. Wird das Zündsignal IGt
auf den L-Pegel zu einer Zeit T61 als die Zündzeit vermindert, dann wird
der IGBT 13 ausgeschaltet und es wird des Weiteren der
IGBT 22 eingeschaltet. Somit wird die Primärspule 21a gleichzeitig
mit elektrischer Energie von der Energiespeicherspule 12,
dem DC/DC-Wandler 70 und dem Kondensator 15 versorgt, und
es wird in der Sekundärspule 21b eine hohe
Spannung induziert. In diesem Zusammenhang tritt bei der Zündkerze 23 eine
Zündentladung
auf, und es wird der Sekundärstrom
I2 in der negativen Richtung zugeführt.
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Zu
der Zeit t61 wird das Mehrfachentladeperiodensignal IGw auf den
H-Pegel angehoben. Während
der Mehrfachentladeperiode, bezüglich
der das Mehrfachentladeperiodensignal IGw auf dem H-Pegel liegt,
wird ein Batteriespannungsverstärkungsvorgang
bei dem DC/DC-Wandler 70 durchgeführt. Im Ergebnis fließt ein Ausgangsstrom
Iout von mehreren 10 Ampere oder dergleichen von dem DC/DC-Wandler 70,
und es wird dieser der Primärspule 21a und dem
Kondensator 15 zugeführt.
Während
der Periode, während
der der IGBT 22 eingeschaltet ist, wird ein Stromfluss
des Primärstroms
I1 durch den von dem DC/DC-Wandler 70 zugeführten Ausgangsstrom
Iout verursacht. Im Ergebnis tritt kontinuierlich eine Zündentladung
bei der Zündkerze 23 auf.
Die elektrische Energie des Sekundärstroms I2 wird durch die Zündentladung
bei der Zündkerze 23 aufgenommen,
und es wird gemäß der Darstellung
der Sekundärstrom
I2 allmählich
vermindert.
-
Nach
einer Zeit t61 werden die IGBT 13 und 22 alternierend
ein- und ausgeschaltet, und es wird bei der Zündkerze 23 wiederholt
das Auftreten einer Zündentladung
bewirkt. Zu einer Zeit t62, wenn der Sekundärstrom I2 (der Absolutwert)
in diesem Fall auf dem Entladehaltestrom Ik abgesunken ist, wird der
IGBT 13 eingeschaltet und es wird des Weiteren der IGBT 22 ausgeschaltet.
Während
der Periode von der Zeit t62 zu der Zeit t63 wird die Energiespeicherspule 12 erneut
geladen, und es wird der Sekundärstrom
I2 infolge der entgegen gesetzt gerichteten elektromotorischen Kraft
durch die Sekundärspule 21b zugeführt. Ferner
wird während
der Periode von der Zeit t62 zu der Zeit t63 der Kondensator 15 gemäß der Darstellung
durch den Ausgangsstrom Iout geladen, der von der Verstärkerschaltung
(Boosterschaltung) 14 zugeführt wird.
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Zu
einer Zeit t63, wenn eine vorbestimmte Zeit (Zeitdauer) β nach der
Zeit t62 abgelaufen ist, wird der IGBT 13 ausgeschaltet
und wird des Weiteren der IGBT 22 eingeschaltet. Im Ergebnis
wird die Primärspule 21a mit
elektrischer Energie erneut von der Energiespeicherspule 12,
dem DC/DC-Wandler 70 und dem Kondensator 15 versorgt,
und es tritt an der Zündkerze 23 eine
Zündentladung
auf.
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Danach
werden die IGBT 13 und 22 wiederholt zwischen
dem eingeschalteten und dem ausgeschaltetem Zustand umgeschaltet,
und es tritt an der Zündkerze 23 wiederholt
eine Zündentladung
auf, bis das Mehrfachentladeperiodensignal IGw auf den L-Pegel zu
einer Zeit t64 vermindert wurde. Insbesondere wird, nachdem die
Erregung der Primärspule 21a gestartet
wurde (nach dem Einschalten des IGBT 23) die Erregung der
Primärspule 21a beendet (der
IGBT 22 wird ausgeschaltet), wenn der Sekundärstrom I2
(Absolutwert) auf den Entladehaltestrom Ik vermindert wird. Danach
wird der IGBT 13 in seinem eingeschalteten Zustand und
der IGBT 22 in seinem ausgeschalteten Zustand lediglich
während
einer bestimmten Zeitperiode (Zeitdauer) γ gehalten.
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Wird
das Mehrfachentladeperiodensignal IGw auf den L-Pegel zu der Zeit
t64 vermindert, dann wird der Verstärkungsvorgang (Boost-Vorgang)
des DC/DC-Wandlers 70 kontinuierlich lediglich während einer
bestimmten Zeitperiode γ durchgeführt. Somit wird
der Kondensator 15 auf eine vorbestimmte Spannung geladen.
Insbesondere ist die Kondensatoraufladeperiode vorgesehen, nachdem
eine Mehrfachentladeperiode abgelaufen ist.
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Bei
der Mehrfachentladung wird die Erregung der Primärspule 21a und die
Aufladung des Kondensators 15 mittels des von dem DC/DC-Wandlers 70 zugeführten Ausgangsstrom
Iout (elektrische Energie) durchgeführt. Verändert sich der Ausgangsstrom
Iout des DC/DC-Wandlers 70, dann verändern sich der Grad der Erregung
der Primärspule 21a und die Größe der Aufladung
des Kondensators 15. Im Ergebnis kann ein Überfluss
oder ein Mangel an in der Primärspule 21a erzeugter
Energie vorliegen, und es kann dies zu einer instabilen Funkenentladung
bei der Zündkerze 23 führen.
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Es
ist daher bevorzugt, den DC/DC-Wandler 70 gemäß der Darstellung
in den 13A und 13B auszuführen.
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Gemäß der Darstellung
in 13A umfasst der DC/DC-Wandler 70 eine
Vielzahl von Verstärkerspulen
(Boosterspulen) 71, die zueinander parallel geschaltet
sind. Die einen Enden (Anschlüsse)
dieser Verstärkerspulen 71 sind
mit der Batterie 11 verbunden. Die anderen Enden (Anschlüsse) der
Verstärkerspulen 71 sind
jeweils mit den Drain-Anschlüssen
der Transistoren MOSFET 72 verbunden. Der Source-Anschluss
jedes Transistors MOSFET 72 ist mit einem Widerstand 73 zur
Stromerfassung verbunden. Die Stromwege der mehrfachen Verstärkerspule 71 sind
integriert, und der integrierte Bereich ist mit dem Widerstand 73 ausgestattet.
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Die
Gate-Anschlüsse
der Transistoren MOSFET 72 sind zu einem Anschluss integriert,
und eine Gate-Spannung Vg wird an jedem Gate-Anschluss angelegt.
Die Gate-Spannung Vg ist ein Verstärkungssteuerungssignal (Boost-Steuerungssignal), das
durch die Zündsteuerungsschaltung 30 ausgegeben
wird. Durch den H-Pegel der Gate-Spannung Vg, die durch die Zündsteuerungsschaltung 30 ausgegeben
wird, werden die mehrfachen Transistoren MOSFET 72 gleichzeitig
eingeschaltet, und es wird durch die Batterie 11 jede Verstärkerspule 71 erregt. Werden
die Transistoren MOSFET 72 eingeschaltet, dann werden Erregerströme Is1,
Is2, ..., Isn durch die individuellen Transistoren MOSFET 72 zugeführt, und
es wird mittels des Widerstands 73 der Gesamtsummenstrom
I0 durch Addieren sämtlicher
Erregerströme
Is1 bis Isn erhalten. Der Erfassungswert der Gesamtstromsumme I0
wird als ein Stromerfassungssignal an die Zündsteuerungsschaltung 30 ausgegeben.
Jedes Mal dann, wenn das Stromerfassungssignal (die Gesamtstromsumme
I0) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, schaltet die Zündsteuerungsschaltung 30 die
Gate-Spannung Vg aus. Ist eine vorbestimmte Zeitdauer danach abgelaufen,
dann schaltet die Zündsteuerungsschaltung 30 die
Gate-Spannung Vg erneut ein. Auf diese Weise wird jeder der Transistoren
MOSFET 72 wiederholt ein- und ausgeschaltet.
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Zwischen
den Verstärkerspulen 71 und
den Drain-Anschlüssen
der Transistoren MOSFET 72 sind Dioden 74 geschaltet,
die der Verhinderung des Rückflusses
dienen. Der Ausgangsstrom Iout wird der Primärspule 21a und dem
Kondensator 15 über diese
Dioden 74 zugeführt.
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Gemäß der Darstellung
in 13B umfasst ein DC/DC-Wandler 80 (Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler)
in einem vergleichenden Beispiel mehrfache Verstärkerspulen 81 und
Transistoren MOSFET 82, die mit den jeweiligen Verstärkerspulen 81 verbunden
sind. Der DC/DC-Wandler 80 ist identisch mit dem DC/DC-Wandler 70 gemäß 13A in dieser Hinsicht. In dem DC/DC-Wandler 80 werden
die Transistoren MOSFET 82 gleichzeitig durch die Zündsteuerungsschaltung 30 ein-
und ausgeschaltet. Der DC/DC-Wandler 80 ist ebenfalls gleichartig
zu dem DC/DC-Wandler 70 gemäß 13A dahingehend, dass die Dioden 84 zur
Verhinderung des Rückflusses
zwischen die Verstärkerspule 81 und
die Drain-Anschlüsse
der Transistoren MOSFET 82 geschaltet sind, und die Primärspule 21a und
dergleichen werden mit dem Ausgangsstrom Iout über diese Dioden 84 verbunden.
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Der
DC/DC-Wandler 80 ist jedoch unterschiedlich zu dem DC/DC-Wandler 70 in
Bezug darauf, dass ein Widerstand 83 zur Stromerfassung
mit dem Source-Anschluss von lediglich einem Transistor MOSFET 82 verbunden
ist. Werden in diesem Fall die Transistoren MOSFET 82 eingeschaltet,
dann werden Erregerströme
Is1, Is2, ..., Isn über
die individuelle Transistoren MOSFET 82 zugeführt, und
es wird lediglich der Erregerstrom Is1 mittels des Widerstands 83 erfasst.
Die Zündsteuerungsschaltung 30 schaltet
die Gate-Spannung Vg jedes Mal dann ab, wenn das Stromerfassungssignal
(der Erregerstrom Is1) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
Ist danach eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen, dann wird die
Gate-Spannung Vg erneut eingeschaltet. Auf diese Weise wird jeder
der Transistoren MOSFET 82 wiederholt ein- und ausgeschaltet.
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14A zeigt eine graphische Signaldarstellung oder
ein Signaldiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs (der Wirkungsweise)
des DC/DC-Wandlers gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
(13A), und zeigt einen Fall, bei dem lediglich
zwei Verstärkerspulen 71 als
ein Beispiel zur Vereinfachung der Darstellung vorgesehen sind. 14B ist ein Signaldiagramm zur Veranschaulichung
der Wirkungsweise und des Betriebs des DC/DC-Wandlers 80 des
vergleichenden Beispiels (13B),
und zeigt einen Fall, bei dem lediglich zwei Verstärkerspulen 81 als
ein Beispiel zur Vereinfachung der Darstellung vorgesehen sind.
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In
dem vergleichende Beispiel gemäß 14B wird der Spulenerregerstrom Is1 erfasst, und
es wird die Gate- Spannung
Vg jedes Mal dann abgeschaltet, wenn der Spulenerregerstrom Is1
einen vorbestimmten Schwellenwert des Stroms (vorbestimmter Schwellenstrom)
von beispielsweise 10 A) erreicht. Dies bedeutet, dass das Ein- und Ausschalten
der Transistoren MOSFET 82 in sämtlichen Systemen auf der Basis
eines in einem System erfassten Stromerfassungswerts erfolgt. In
diesem Fall weisen die mehrfachen Verstärkerspulen 81 eine Änderung
hinsichtlich ihrer Induktivität
infolge individueller Unterschiede, einer Änderung im Verlauf der Zeit
oder dergleichen auf. Diese Änderung
in der Induktivität
bewirkt einen Unterschied in den Erregerströmen von Spule zu Spule. In
einigen Situationen, wenn der Spulenerregerstrom Is1 den Schwellenstrom
(10 A) erreicht, erreicht der Spulenerregerstrom Is2 insbesondere
und gemäß der Darstellung in 14B nicht den Schwellenstrom (10 A). Im Ergebnis
ist der Gesamtsummenstrom, der erhalten wird durch Addieren der
durch die Verstärkerspulen 81 zugeführten Ströme niedriger
als der Ausgangsstromwert (beispielsweise 20 A), der bezüglich des DC/DC-Wandlers 80 gewünscht ist,
und es kann im Falle einer Mehrfachentladung im Verlauf dessen die Zündentladung
verschwinden.
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In
anderen Situationen, obwohl diese nicht gezeigt sind, kann der Fall
auftreten, dass der Spulenerregerstrom Is2 den Schwellenstrom (10
A) übersteigt,
während
der Spulenerregerstrom Is1 den Schwellenwert (10 A) erreicht. In
diesem Fall ist die zugeführte
Energie zu groß,
und es tritt hierdurch eine überflüssige und
unnötige
Energieaufnahme auf.
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In
dem in 14A veranschaulichten Beispiel
ist jedoch die Gesamtstromsumme I0, die erhalten wird durch Addieren der
durch die individuellen Verstärkerspulen 71 zugeführten Ströme erfasst. Auch
wenn die Induktivität
von Verstärkerspule 71 zu Verstärkerspule 71 einer Änderung
unterliegt, kann nicht der Fall eintreten, dass der Ausgangsstrom
Iout des DC/DC-Wandlers 70 niedriger als der erforderliche
Ausgangsstromwert (beispielsweise 20 A) ist. Bei der Mehrfachentladung
ist es daher nicht möglich,
dass die Zündentladung
teilweise verschwindet. Ferner wird das Auftreten einer Situation
unterdrückt, in
der der Ausgangsstrom Iout des DC/DC-Wandlers 70 übermäßig wird
und unnötige
Energie aufgenommen wird.
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Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel werden
die nachfolgenden Vorteile erreicht.
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Der
DC/DC-Wandler 70 umfasst die mehrfachen Verstärkerspulen 71 und
ist in der Weise aufgebaut, dass die mehrfachen Verstärkerspulen 71 gleichzeitig
mittels der Transistoren MOSFET 72 ein- und ausgeschaltet
werden. Aus diesem Grund kann eine ausreichende Größe eines
Ausgangsstroms Iout durch den DC/DC-Wandler 70 bereitgestellt
werden. Es ist daher möglich,
eine auf einem hohen Pegel liegende elektrische Energie der Primärspule 21a und
dem Kondensator 15 zuzuführen, und ebenfalls eine stabile
Funkenentladung bei der Zündung
durch die Zündkerze 23 zu
bewirken.
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In
dem DC/DC-Wandler 70 wird insbesondere das Ein- und Ausschalten
der Transistoren MOSFET 72 auf der Basis der Gesamtstromsumme
der Ströme
gesteuert, die mittels der mehrfachen Verstärkerspulen 71 zugeführt werden.
Falls eine Änderung
der Induktivität
von Verstärkerspule 71 zu
Verstärkerspule 71 vorliegt,
kann daher ein Übermaß oder ein
Mangel an zugeführter
Energie ungeachtet dessen beseitigt werden. Infolge dieser Maßnahme ist
es möglich,
eine für
die Mehrfachentladung ausreichende Energie der Primärseite der
Zündspule 21 während der
Mehrfachentladung zuzuführen.
Es ist ferner möglich,
die Zündentladung
bei der Zündkerze 23 zu
stabilisieren. Im Ergebnis können
die Verbrennungsbedingungen der Maschine vorteilhaft ausgestaltet
werden.
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Das
fünfte
Ausführungsbeispiel
ist in der Weise aufgebaut, dass die folgenden Eigenschaften implementiert
sind: Der Widerstand 73 zur Stromerfassung ist in einem
Bereich angeordnet, bei dem die Strompfade der individuellen Verstärkerspulen 71 integriert
sind, und der Gesamtsummenstrom des DC/DC-Wandlers 70 wird
auf der Basis des Ergebnisses der Stromerfassung durch den Widerstand 73 berechnet.
Somit kann der Gesamtsummenstrom in angemessener Weise ungeachtet
einer Variation (Exemplarstreuung) von einer Verstärkerspule 71 zur anderen
in angemessener Weise ermittelt werden. Die Erfassungsschaltung
kann ferner im Vergleich zu den Fällen vereinfacht werden, bei
denen der Erregerstrom individuell bezüglich jeder Verstärkerspule 71 erfasst
wird.
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Die
Zündsteuerungsschaltung 30 ist
in der Weise aufgebaut, dass bei der Steuerung der Verstärkung (Boosting)
in dem DC/DC-Wandler 70 die Transistoren MOSFET 72 gesteuert
und jedes Mal dann ausgeschaltet werden, wenn der Gesamtsummenstrom
der durch die mehrfachen Verstärkerspulen 71 zugeführten Ströme den vorbestimmten Schwellenwert
erreicht. Daher kann die Größe der durch
den DC/DC-Wandler 70 zugeführten
Energie in angemessener Weise gesteuert werden, und es kann konstant
eine ausreichende Energiezufuhr gewährleistet werden.
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Der
Kondensator 15 wird mittels einer Leistung von dem DC/DC-Wandler 70 aufgeladen,
wenn die Primärspule 21a nicht
erregt wird; und wird die Primärspule 21a erregt,
dann wird der Kondensator 15 zu der Primärspule 21a entladen.
Wird somit die Primärspule 21a erregt,
dann kann daher ein großer Strom über die
Primärspule 21a durch
die in dem Kondensator 15 gespeicherte Energie zugeführt werden.
In diesem Zusammenhang kann eine hohe Sekundärspannung mit einer ausreichenden
Größe in der
Sekundärspule 21b erzeugt
werden. Da der Kondensator 15 jedes Mal dann wieder geladen
wird, wenn die Primärspule 21a nicht
erregt wird, kann die Energie zum Zünden in dem Kondensator 15 wiederholt
verwendet werden, wenn eine Mehrfachentladung durchgeführt wird.
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Das
Leistungsversorgungssystem umfasst ferner die Energiespeicherspule 12,
und es wird die Energiespeicherspule 12 wiederholt bei
der Mehrfachentladung geladen und entladen. Daher kann die der Primärspule 21a zugeführte Energie
ebenfalls mittels dieses Aufbaus in befriedigender Weise gewährleistet
werden, wobei dies in der Weise vorgesehen sein kann, dass ein Beitrag
zur Stabilisierung der Zündentladung
geleistet wird.
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Bei
der Mehrfachentladung wird der durch die Sekundärspule 21b der Zündspule 21 zugeführte Sekundärstrom I2
erfasst, und es werden die IGBT 13 und 22 zwischen
dem Einschaltzustand und dem Ausschaltzustand jedes Mal dann umgeschaltet, wenn
der Erfassungswert (Absolutwert) den Entladehaltestrom Ik erreicht.
Auch wenn die Zylindergaseinströmgeschwindigkeit
hoch ist kann das Auftreten eines Problems unterdrückt werden,
dass die Zündentladung
im Verlauf einer Mehrfachentladung verschwindet.
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Der
Entladehaltestrom Ik wird variabel auf der Basis der Maschinenbetriebsinformation
in Korrelation mit der Zylindergaseinströmgeschwindigkeit eingestellt.
Auch wenn die Zylindergaseinströmgeschwindigkeit
in Verbindung mit der Maschinendrehzahl oder dergleichen vergrößert wird,
kann der Sekundärstrom
I2, der für
die Zündentladung
erforderlich ist, in vorteilhafter Weise gewährleistet werden.
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Die
vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele
können
auf die nachfolgende Weise abgewandelt werden.
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In
den Ausführungsbeispielen
bei dem Mehrfachentladevorgang: Nachdem die Erregung der Primärspule 21a gestartet
wurde (nachdem der IGBT 22 eingeschaltet wurde), wird die
Erregung der Primärspule 21a beendet
(der IGBT 22 wird ausgeschaltet), wenn der Sekundärstrom I2
(Absolutwert), der in der negativen Richtung fließt, zu dem
Entladehaltestrom Ik vermindert wird. Danach wird der IGBT 13 im
eingeschalteten Zustand gehalten und es wird der IGBT 22 in
dem ausgeschalteten Zustand gehalten lediglich während einer vorbestimmten Zeitdauer.
Es ist jedoch möglich,
beispielsweise folgendes zu Implementieren: Zusätzlich zu dem Sekundärstrom I2,
der in der negativen Richtung fließt, wird der Sekundärstrom I2,
der in der Positiven Richtung fließt, überwacht; und das Ein- und
Ausschalten der IGBT 13 und 23 wird mit dem Entladehaltestrom
Ik gesteuert, der als ein Schwellenwert verwendet wird bezüglich sowohl
des positiven Sekundärstroms
I2 als auch des negativen Sekundärstroms
I2. Anstelle der Steuerung des Ein- und Ausschaltens der IGBT 13 und 23 auf
der Basis des Sekundärstroms
I2 ist es möglich, dass
die IGBT 13 und 22 zwischen dem Einschalt- und dem Ausschaltzustand
jedes Mal dann umgeschaltet werden, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen
ist.
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Obwohl
der DC/DC-Wandler 70 mit einer Vielzahl von Verstärkerspulen
(Boosterspulen) 71 als eine Verstärkerelementgruppe vorgesehen
ist, kann auch eine Vielzahl von Verstärkertransformatoren vorgesehen
sein. In diesem Fall wird das Folgende implementiert: Ein Verstärkerschaltelement
(MOSFET) wird mit der Primärseite
jedes Verstärkungstransformators
verbunden, und die jeweilige Erregung wird ein- und ausgeschaltet;
und es wird die Gesamtsumme der durch die Sekundärseite zugeführten Ströme (Gesamtsummenstrom)
zugeführt
als der Ausgangsstrom der Verstärkerschaltung
zu der Primärspule
und dergleichen. Es ist mittels dieses Aufbaus des Weiteren möglich, ein Übermaß oder einen
Mangel bezüglich
der Energie zu unterdrücken und
die Zündentladung
bei der Zündkerze
zu stabilisieren, indem die folgenden Maßnahmen in den vorstehenden
Ausführungsbeispielen
ergriffen werden: In der Verstärkerschaltung,
wird das Einschalten oder Ausschalten der Verstärkerschaltelemente (MOSFET)
auf der Basis des Gesamtsummenstroms gesteuert, der erhalten wird
durch Addieren der durch die mehrfachen Verstärkertransformatoren zugeführten Ströme.
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Obwohl
der DC/DC-Wandler 70 mit den Dioden 74 zur Verhinderung
eines Rückflusses
zwischen den Verstärkerspulen 71 und
den Drain-Anschlüssen
der Transistor MOSFET zur Verhinderung des Rückflusses verwendet werden.
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Obwohl
das Leistungsversorgungssystem in der Weise aufgebaut ist, dass
die Energiespeicherspule 12 und der DC/DC-Wandler 70 parallel
zueinander mit der Batterie 11 geschaltet sind, kann die Energiespeicherspule 12 auch
weggelassen werden.
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Somit
sind in einer Mehrfachentladezündsteuerungsvorrichtung
eine Batterie 11, eine Energiespeicherspule 12 und
ein erster Transistor IGBT 13 in Reihe zueinander geschaltet.
Ferner sind die Energiespeicherspule 12, eine Diode 14,
eine Primärspule 21a und
ein zweiter Transistor IGBT 22 zueinander in Reihe geschaltet.
Die Energiespeicherspule 12 ist mit einem Kondensator 15 über die
Diode 14 verbunden, und eine Sekundärspule 21b ist mit
einer Zündkerze
und einem Widerstand 24 zur Stromerfassung verbunden. Eine
Zündsteuerungsschaltung 30 schaltet
die IGBT 13 und 22 zwischen ihrem eingeschalteten
und ausgeschalteten Zustand jedes Mal dann um, wenn der Sekundärstrom I2,
der mittels des Widerstands 24 erfasst wird, einen positiven
oder negativen Entladehaltestrom bei dem Mehrfachentladevorgang
erreicht. Eine Boosterschaltung 41, 51, 61 und 70 ist
vorgesehen, und ihr Ausgangssignal wird (mit Rückkopplung) geregelt.