DE10057076B4

DE10057076B4 - Zündsteuerungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10057076B4
Application number: DE10057076.3A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Miwa; Hideki Kawamura; Tomonari Chiba
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: US6895933B2; DE10057076A1; GB0028265D0; US6694959B1; GB2356428A; US20040040535A1; GB2356428B

Abstract

Zündsteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (10), mit einer in der Brennkraftmaschine (10) angeordneten Zündkerze (25), einer Zündeinrichtung (41) zur Bildung einer Zündfunkenentladung in der Zündkerze (25) zu einer Zündzeit, und einer Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) zur Durchführung eines mehrfachen Entladevorgangs in welchem eine Vielzahl von Entladungen während eines Verbrennungszyklus der Brennkraftmaschine (10) durchgeführt wird, wobei die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) eine Entladeperiode für jede Entladung während des mehrfachen Entladevorgangs ändert, und die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) die Entladeperiode jeder Entladung in Abhängigkeit von einem Druckübergang in einer Brennkammer (18) der Brennkraftmaschine (10) ändert.

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung:
Die Erfindung betrifft eine Zündsteuerungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, die zur Verwendung in einem Fahrzeug geeignet sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bekanntermaßen führt ein Zündsteuerungssystem einen mehrfachen elektrischen Entladevorgang durch. Bei dem mehrfachen elektrischen Entladevorgang findet eine Vielzahl von Entladungen während eines Verbrennungszyklus der Brennkraftmaschine statt. Zur Durchführung der mehrfachen Entladungen gibt beispielsweise eine elektronische Steuerungseinheit ECU ein Zündsignal IGt in wiederholter Weise zum Erregen und Aberregen der Primärspule einer Zündspule aus. Dabei wird eine hohe Spannung in der Sekundärspule der Zündspule gebildet und die Zündspule vervielfacht die Entladungen.
Der vorstehend beschriebene Mehrfachentladevorgang wird in Einzelheiten unter Bezugnahme auf 14 beschrieben.
Gemäß dem in 14 gezeigten Beispiel wird im Fall des Kaltstarts einer Brennkraftmaschine mit Benzineinspritzung der Zündzeitpunkt um 10° Kurbelwellenwinkel (KW) nach dem oberen Kompressionstotpunkt verzögert, und es wird ein mehrfacher Entladevorgang mit einer fünfmaligen Entladung durchgeführt. Jedes Entladeintervall und jede Entladeperiode sind dabei festgelegt. Das Entladeintervall wird auf 1 ms eingestellt und jede Entladeperiode wird auf 0.4 ms eingestellt. Hierbei wird die letzte (fünfte) Entladeperiode nicht bestimmt. Die Maschinendrehzahl wird dabei auf 1200 1/min eingestellt.
Fällt das Zündsignal IGt ab, dann wird der elektrische Primärstrom i1 in der Zündspule abgeschaltet, und es werden ein elektrischer Sekundärstrom i2 und eine Sekundärspannung V2 gemäß der Darstellung in 14 gebildet. Mit dem Fortgang des mehrfachen Entladevorgangs ändern sich der elektrische Primärstrom i1, der elektrische Sekundärstrom i2 und die Sekundärspannung V2 entsprechend der Darstellung in 14.
Hierbei entspricht das Produkt des elektrischen Sekundärstroms i2 und der Sekundärspannung V2 der Energiedichte. Die Energiedichte wird vermindert, wenn die Anzahl der Entladungen erhöht wird. Da das Produkt der Energiedichte und der Entladeperiode der Entladeenergiemenge entspricht, wird die Entladeenergiemenge für jede Entladung bei der Wiederholung der Entladung vermindert. Die erforderliche Energiemenge zur Bildung eines erforderlichen Zündfunkens bei jeder Entladung steigt jedoch allmählich an. Die erforderliche Energiemenge ist in 14 mittels einer schraffierten Fläche angedeutet. Entsprechend den Experimenten der Erfinder beträgt die Entladeenergie bei der ersten Entladung 3.5 mJ, wenn ein Luft-Brennstoffverhältnis (A/F-Verhältnis) des Luft-Brennstoff-Gasgemischs den Wert 17 beträgt. Die erforderliche Entladeenergie vergrößert sich mit der Wiederholung der Entladung, und die Entladeenergie erreicht 9.3 mJ bei der fünften Entladung. Hierbei beträgt die erforderliche Energiedichte 22 mJ/ms bei der ersten Entladung, und 25 mJ/ms bei der fünften Entladung.
Wie es den Experimenten zu entnehmen ist, wird im Laufe der Wiederholung der Entladungen die durch die Entladung eingeführte Energiemenge kleiner als die erforderliche Energiemenge. Somit kann jedoch ein mehrfacher Entladevorgang nicht durchgeführt werden.
Ein Maschinensteuerungssystem berechnet eine Brennstoffeinspritzmenge und einen Zündzeitpunkt. Das Maschinensteuerungssystem gibt ein Einspritzsignal für jeden Zylinder in eine Einspritzbetriebsschaltung ein, und gibt ferner ein Zündsignal für jeden Zylinder in eine Zündbetriebsschaltung ein zur Bildung einer Funkenentladung (Lichtbogenentladung) an jeder Zündkerze.
Die Zündbetriebsschaltung und die Einspritzbetriebsschaltung sind jedoch unabhängig voneinander ausgebildet und weit entfernt voneinander angeordnet. Eine Funktionseinheit kann nicht bezüglich der Schaltungsanordnungen gemeinsam benutzt werden, auch wenn eine Funktionseinheit zur gemeinsamen Benutzung für beide Schaltungen vorgesehen ist, wodurch eine Vergrößerung der Schaltungen erforderlich ist und die Herstellungskosten ansteigen.
Bei dem bekannten Maschinensteuerungssystem ist die Anzahl der Signalleitungen zur Weiterführung von Zünd- und Einspritzsignalen vom Maschinensteuerungscomputer zu jedem Zylinder groß. Es wird daher für die Verdrahtung ein großer Raum benötigt, wobei die Signalleitungen in komplizierter Weise angeordnet sind und wodurch die Herstellungskosten ansteigen.
Bei dem bekannten Maschinensteuerungssystem befindet sich in jedem Zylinder ein Verbrennungssensor, wodurch ebenfalls die Herstellungskosten ansteigen.
Spulen in der Zündbetriebsschaltung und der Einspritzbetriebsschaltung entladen verbleibende magnetische Energie unmittelbar nach der Aberregung der Spulen. Diese Energie wird jedoch in Form von Wärme umgesetzt und wird nicht in effektiver Weise verwendet.
Die DE 198 41 483 A1 offenbart eine Zündsteuerung für einen Motor mit Kraftstoffdirekteinspritzung. Dabei wird eine Zündspule derart angesteuert, dass mehrere Funken in jedem Zündzyklus erzeugt werden. Die Anzahl der mehrfachen Funken wird reduziert, wenn die Motordrehzahl ansteigt. Der Mehrfachfunkenerzeugungsbetrieb wird gehemmt, wenn sich der Motor in einem Bereich mit hoher Drehzahl und/oder hoher Last befindet.
Die DE 693 19253 T2 offenbart ein Mehrfachfunkenzündsystem mit einer variablen Anzahl von Zündfunken für eine Brennkraftmaschine. Dabei wird eine Zündstrategie angewendet, bei der eine variable Anzahl von Folgezündungen innerhalb eines begrenzten Zeitraums durchgeführt werden, wobei anhand von Informationen bezüglich der gewünschten Anzahl der Folgezündungen eine Zündwiederholungsrate, das heißt, die Dauer des Funkenüberschlags und die Verweilzeit (Schließzeit) gesteuert wird.
Die EP 0 040 009 B1 offenbart eine Zündsteuerung, bei der eine Spule in Reihe oder parallel zu einer Zündspule geschaltet ist, so dass diese Strom führt, wenn ein Transistor einer Zündsteuerungsschaltung eingeschaltet wird. Ein Thyristor verbindet die Spule mit einem Kondensator und schaltet jedes Mal an, wenn der Transistor zur Erzeugung eines Zündfunkens ausgeschaltet wird. Der Kondensator wird auf diese Weise aufgeladen und die gespeicherte Energie wird über ein Triac in ein Einspritzventilsolenoiden entladen, um bei jeder Speisung den Anstieg des Stromes darin zu beschleunigen.
Die DE 33 31 695 A1 offenbart ein Verfahren zum Zünden brennfähiger Gemische, wobei die Anzahl von Funkendurchbrüchen in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast bestimmt wird.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in effektiver Weise eine Entladeenergie während eines mehrfachen Entladevorgangs zuzuführen und die Größe der Zündeinrichtung zu vermindern.
Diese Aufgabe wird durch eine Zündsteuerungsvorrichtung gelöst, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen deutlich.
1 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Zündsteuerungssystems (erstes Ausführungsbeispiel),
2 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Zündsteuerungssystems (erstes Ausführungsbeispiel),
3A zeigt eine Zündpulssignalform eines normalen einfachen Entladevorgangs (erstes Ausführungsbeispiel),
3B zeigt eine Zündpulssignalform eines mehrfachen Entladevorgangs (erstes Ausführungsbeispiel),
4 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Maschinenkühlwassertemperatur und einer Verzögerungskorrektur (erstes Ausführungsbeispiel),
5A zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und einem Entladeintervall (erstes Ausführungsbeispiel),
5B zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Zündzeit und einem Entladeintervall (erstes Ausführungsbeispiel),
6A zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Maschinendrehzahl und der Anzahl von Entladungen (erstes Ausführungsbeispiel),
6B zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Zündzeit und der Anzahl von Entladungen (erstes Ausführungsbeispiel),
6C zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einem Entladeintervall und der Anzahl der Entladungen (erstes Ausführungsbeispiel),
7 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Kurbelwellenwinkelposition und einem Zylinderinnendruck (erstes Ausführungsbeispiel),
8 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Kurbelwellenwinkelposition, einer erforderlichen Entladeenergiemenge und einem Luft-Brennstoffverhältnis (erstes Ausführungsbeispiel),
9 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Anzahl von Entladungen, einer Entladeperiode und einem Luft-Brennstoffverhältnis (erstes Ausführungsbeispiel),
10 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines mehrfachen Entladevorgangs (erstes Ausführungsbeispiel),
11 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Zündungssteuerung (zweites Ausführungsbeispiel),
12 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines einfachen Entladebereichs und eines mehrfachen Entladebereichs (zweites Ausführungsbeispiel),
13 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Anzahl von Entladungen und einem Entladeintervall (Abwandlungen),
14 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines mehrfachen Entladevorgangs (Stand der Technik),
15 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Schaltungsanordnung einschließlich eines Zünd- und Einspritzsystems (drittes Ausführungsbeispiel),
16 zeigt Signalleitungen der elektronischen Steuerungseinheit ECU (Stand der Technik),
17 zeigt Signalleitungen der elektronischen Steuerungseinheit ECU (viertes Ausführungsbeispiel),
18 ist eine Tabelle zur Veranschaulichung der Zylinderbestimmung und der Zünd-/Einspritzbestimmung auf der Basis von Ein- und Ausschaltkombinationen (ON-OFF-Kombinationen) von vier Signalen IGA, IGB, WTG und WTJ (viertes Ausführungsbeispiel),
19 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung jeder Pulssignalform (viertes Ausführungsbeispiel),
20 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung jeder Pulssignalform (viertes Ausführungsbeispiel),
21 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Zünd- und Einspritzsystems (fünftes Ausführungsbeispiel), und
22 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer elektrischen Schaltungsanordnung einschließlich eines Zünd- und Einspritzsystems (sechstes Ausführungsbeispiel).
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Bei einer Brennkraftmaschine handelt es sich beispielsweise um eine fremdgezündete (Zündfunken-gezündete) 4-Zylinder-4-Taktmaschine, und eine elektronische Steuerungseinheit ECU steuert eine entsprechende Zündzeit. Bei dieser Maschine wird eine Vielzahl von elektrischen Entladungen während eines Verbrennungszyklus durchgeführt. Somit wird hier eine mehrfache Entladung durchgeführt.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Maschinensteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß der Darstellung in 1 ist ein Ansaugeinlass einer Maschine 10 mit einem Ansaugrohr 11 verbunden, und ein Abgasauslass der Maschine 10 ist mit einem Abgasrohr 12 verbunden. In dem Ansaugrohr 11 sind eine Drosselklappe (Drosselventil) 13 und ein Ansaugdrucksensor 14 vorgesehen. Die Drosselklappe 13 steht mit einem (nicht gezeigten) Beschleunigungspedal in Wirkverbindung, und der Ansaugdrucksensor 14 erfasst einen Luftdruck innerhalb des Ansaugrohrs 11. Ein Drosselsensor 15 erfasst einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 13. Der Drosselsensor 15 erfasst ebenfalls eine vollständig geschlossene Position (Leerlaufposition) der Drosselklappe 13. Ein Kolben 17 ist in einem Zylinder 16 der Maschine 10 angeordnet. Der Kolben 17 führt in vertikaler Richtung eine hin- und hergehende Bewegung in Abhängigkeit von der Drehung einer Kurbelwelle der Maschine 10 durch. Eine Brennkammer 18 ist über dem Kolben 17 angeordnet und steht jeweils mit dem Ansaugrohr 11 über ein Einlassventil 19 und dem Abgasrohr 12 über ein Auslassventil 20 in Verbindung. Ein Wassertemperatursensor 21 ist im Zylinder 16 angeordnet (Kühlwassermantel). Der Wassertemperatursensor 21 erfasst eine Maschinenkühlmitteltemperatur.
Ein katalytischer Umsetzer 22 umfasst einen Dreiwegekatalysator und ist im Abgasrohr 12 angeordnet. Ein Luft-Brennstoffsensor 23 vom Strombegrenzungstyp ist auf der stromaufliegenden Seite des katalytischen Umsetzers 22 angeordnet. Der Luft-Brennstoffsensor 23 gibt in einem weiten Bereich ein lineares Luft-Brennstoffverhältnissignal proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas aus (oder Kohlenmonoxidkonzentration im unverbrannten Abgas). Der Luft-Brennstoffsensor 23 kann durch einen Sauerstoffsensor (O₂-Sensor) ersetzt werden zur Ausgabe eines unterschiedlichen Spannungssignals zwischen einem fetten Betriebszustand und einem mageren Betriebszustand bezüglich des theoretischen Luft-Brennstoffverhältnisses.
Eine elektromagnetische Einspritzeinrichtung (Injektor) 24 ist in jedem Teil eines Ansaugkrümmers vorgesehen. Die Einspritzeinrichtung 24 spritzt Brennstoff in den Ansaugeinlass der Maschine ein, wenn ein elektrischer Strom zugeführt wird. Eine Zündkerze 25 ist in jedem Zylinder der Maschine 10 vorgesehen. Mittels des Ansaugrohrs 11 zugeführte Frischluft wird mit dem von der Einspritzeinrichtung 24 zugeführten Brennstoff im Maschinenansaugeinlass gemischt. Wird der Ansaugeinlass durch das Einlassventil 19 geöffnet, dann strömt das gemischte Luft-Brennstoffgas in die Brennkammer 18. Zur Verbrennung wird das gemischte Luft-Brennstoffgas mittels der Zündkerze 25 gezündet.
Die elektronische Steuerungseinheit (ECU) 30 umfasst einen Mikrocomputer 31. Ausgangssignale des Ansaugdrucksensors 14, des Drosselsensors 15, des Wassertemperatursensors 21 und des Luft-Brennstoffsensors 23 werden der elektronischen Steuerungseinheit 30 zugeführt. Ferner wird ein nach jedem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel mittels eines Drehzahlsensors 26 ausgegebenes Pulssignal der elektronischen Steuerungseinheit 30 zugeführt. Der Mikrocomputer 31 berechnet eine optimale Brennstoffeinspritzmenge auf der Basis der verschiedenen Parameter der jeweiligen Sensoren, die einen Maschinenbetriebszustand repräsentieren, und gibt eine optimale Brennstoffeinspritzmenge als Einspritzsignal TAU an die Einspritzeinrichtung 24 ab. Ferner berechnet der Mikrocomputer 31 eine optimale Zündzeit auf der Basis der Parameter und gibt ein Zündsignal IGt an eine Zündeinrichtung 41 aus.
Das vom Mikrocomputer 31 ausgegebene Zündsignal IGt wird dem Basisanschluss eines Leistungstransistors 42 zugeführt, der in der Zündeinrichtung 41 vorgesehen ist. Ein Anschluss einer Primärspule 44 einer Zündspule 42 ist mit einem Anschluss des Leistungstransistors 42 verbunden, und der andere Anschluss der Primärspule 44 ist mit der Fahrzeugbatterie verbunden. Eine Sekundärspule 45 der Zündspule 43 ist mit der Zündkerze 25 verbunden.
Während des Betriebs der Maschine wird der Leistungstransistor 42 in gesteuerter Weise ein- und ausgeschaltet in Abhängigkeit von einem Anstieg oder Abfall des Zündsignals IGt. Wird der Leistungstransistor 42 eingeschaltet, dann wird ein elektrischer Primärstrom i1 der Primärspule 44 über die Fahrzeugbatteriespannung +B zugeführt. Wird der Leistungstransistor 42 ausgeschaltet, dann wird der elektrische Primärstrom in der Primärspule 44 ausgeschaltet und eine hohe Spannung (elektrischer Sekundärstrom i2) wird in der Sekundärspule 45 gebildet. Die Hochspannung bewirkt einen Zündfunken zwischen den Elektroden der Zündkerze 25.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mehrfache elektrische Entladungen durchgeführt, wobei eine Vielzahl elektrischer Entladungen während eines Verbrennungszyklusses durchgeführt werden. Die mehrfachen elektrischen Entladungen werden durchgeführt durch wiederholtes gesteuertes Ein- und Ausschalten des Leistungstransistors 42 zur Wiederholung des Ein- und Ausschaltens (Erregens/Aberregens) der Primärspule 44. Somit werden die mehrfachen elektrischen Entladungen durchgeführt durch Steuern einer Stromzuführungszeit und einer Stromabschaltzeit für die Primärspule 44. Die 3A und 3B zeigen jeweils Pulssignalformen eines normalen Zündsignals IGt und eines Mehrfachentladungs-Zündsignals IGt. Gemäß 3A wird ein Pulssignal während eines Verbrennungszyklusses ausgegeben. In 3B wird eine Vielzahl von Pulssignalen während eines Verbrennungszyklusses ausgegeben.
Eine Zündsteuerung des Mikrocomputers 31 wird nachstehend beschrieben. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm der Zündsteuerung. Der Mikrocomputer 31 führt den Ablauf gemäß 2 nach jeweils vorbestimmten Perioden (beispielsweise alle 10 ms) durch. Diese Durchführung entspricht einer Zündsteuerungseinrichtung und einer Zündzeitverzögerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wird die Maschine 10 kalt gestartet, dann wird die Zündzeit gemäß der vorliegenden Erfindung in Richtung einer Verzögerungsseite gesteuert zum frühen Aktivieren (Aufheizen) des katalytischen Umsetzers 22. Ferner werden mehrfache elektrische Entladungen durchgeführt zur Unterdrückung einer Drehzahlschwankung während der Zündzeitverzögerungssteuerung.
Gemäß 2 werden eine Maschinendrehzahl Ne, ein Ansaugrohrdruck PM und eine Maschinenwassertemperatur Tw der elektronischen Steuerungseinheit 30 zugeführt (Schritt 101). Danach bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 30, ob ein Maschinenstart vollendet ist oder nicht (Schritt 102). Beispielsweise bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 30, dass der Maschinenstart vollendet ist (JA in Schritt 102), falls die Maschinendrehzahl Ne größer als 400 1/min ist.
Ist der Maschinenstart noch nicht vollendet, dann geht der Ablauf zu Schritt 103 über, und es wird eine vorbestimmte Zündzeit (beispielsweise BTDC 5° Kurbelwellenwinkel KW) unter einer vorbestimmten Adresse gesichert (gespeichert), und der Ablauf wird beendet.
Ist der Maschinenstart vollendet, dann geht der Ablauf zu Schritt 104 über, und die elektronische Steuerungseinheit 30 berechnet eine Grundzündzeit θ BSE. Hierbei bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 30, ob die Maschine 10 im Leerlauf läuft oder nicht auf der Basis der Maschinendrehzahl Ne. Befindet sich die Maschine 10 im Leerlauf, dann berechnet die elektronische Steuerungseinheit 30 eine Grundzündzeit θ BSE auf der Basis der Maschinendrehzahl Ne. Befindet sich die Maschine 10 nicht im Leerlauf, dann berechnet die elektronische Steuerungseinheit 30 eine Grundzündzeit θ BSE auf der Basis der Maschinendrehzahl Ne und dem Ansaugluftdruck PM unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfelds. Dreht sich die Maschine mit großer Geschwindigkeit, dann wird im Allgemeinen die Grundzündzeit θ BSE zur Funkenvoreilungsseite eingestellt. Wurde die Maschine 10 gerade gestartet, dann wird im Allgemeinen die Grundzündzeit θ BSE etwa um BTDC 10° KW eingestellt.
Danach bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 30, ob eine frühe Aktivierung des katalytischen Umsetzers 22 eingeleitet werden soll oder nicht (Schritt 105). Sind beispielsweise die nachfolgenden Bedingungen erfüllt, dann erlaubt die elektronische Steuerungseinheit 30 eine frühe Aktivierung. Ist jedoch zumindest eine der nachfolgenden Bedingungen nicht erfüllt, dann verhindert die elektronische Steuerungseinheit 30 eine frühe Aktivierung.

(1) Die Maschinendrehzahl liegt in einem Bereich von 400–2000 1/min.
(2) Die Maschinenwassertemperatur Tw liegt innerhalb eines Bereichs von 0–60°C.
(3) Die Getriebestufe des automatischen Getriebes ist in der Parkposition P oder der neutralen Stellung N angeordnet (ein Schaltgetriebe befindet sich im neutralen Bereich).
(4) Es sind nach Vollenden des Starts der Maschine noch nicht 15 Sekunden vergangen.
(5) Es liegt kein beliebiger (gemischter) Fehler vor.

Bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 30, dass eine frühe Aktivierung eingeleitet werden soll, dann führt die elektronische Steuerungseinheit 30 eine Zündzeitsteuerung im Hinblick auf eine frühe Aktivierung durch (Schritte 106–109). Bestimmt hingegen die elektronische Steuerungseinheit 30, dass keine frühe Aktivierung eingeleitet werden soll, dann geht der Ablauf zum Schritt ENDE zur Beendigung des Ablaufs.
In Schritt 106 berechnet die elektronische Steuerungseinheit 30 eine Funkenverzögerungskorrektur θ RE für eine frühe Aktivierung auf der Basis der Maschinenwassertemperatur Tw für jeden Zeitpunkt unter Verwendung eines in 4 gezeigten Kennfelds. Gemäß dem in 4 gezeigten Kennfeld wird die Funkenverzögerungskorrektur θ RE innerhalb eines Bereichs von 0–20° KW auf der Basis der Maschinenwassertemperatur Tw eingestellt. Liegt beispielsweise die Maschinenwassertemperatur Tw innerhalb eines Bereichs von 20–40°C, dann wird die Funkenverzögerungskorrektur θ RE konstant eingestellt. Befindet sich die Maschinenwassertemperatur Tw innerhalb eines Bereichs von 40–60°C, dann wird die Funkenverzögerungskorrektur θ RE umso kleiner eingestellt, je größer der Wert von Tw ist.
Danach berechnet in Schritt 107 die elektronische Steuerungseinheit 30 den Wert θ ig durch Subtrahieren der Funkenverzögerungskorrektur θ RE von der Grundzündzeit θ BSE (θ ig = θ BSE – θ RE), und speichert den Wert θ ig unter einer vorbestimmten Adresse als neue Zündzeit ab.
In Schritt 108 stellt die elektronische Steuerungseinheit 30 ein Entladeintervall und die Anzahl der Entladungen während eines mehrfachen Entladevorgangs auf der Basis verschiedener Parameter ein. Während des mehrfachen Entladevorgangs ist es erforderlich, einen Funken für jede Zündung und eine Verteilung für jede Flamme (für jedes Aufflammen) zu erhalten. Die elektronische Steuerungseinheit stellt das Entladeintervall und die Anzahl der Entladungen für jede Zeit auf der Basis des Zündfunkens und der Flammenverteilung ein. Eine wünschenswerte Einstellung liegt für das Entladeintervall in einem Bereich von 0.5–1.5 ms und für die Anzahl der Entladungen innerhalb von 2–10 Entladungen. Beide Werte können voneinander unabhängig veränderlich sein. Die elektronische Steuerungseinheit 30 stellt das Entladeintervall in Abhängigkeit von Parametern wie der Maschinendrehzahl Ne (oder Maschinenbelastung), der Zündzeit (Funkenverzögerungskorrektur θ RE) und dergleichen unter Verwendung von zumindest einer der Beziehungen gemäß den 5A und 5B ein. Sind die gemäß den 5A und 5B eingestellten Entladeintervalle unterschiedlich zueinander, dann wählt die elektronische Steuerungseinheit das längere aus beiden Intervallen. Die elektronische Steuerungseinheit stellt die Anzahl der Entladungen in Abhängigkeit von Parametern wie der Maschinendrehzahl Ne (oder der Maschinenbelastung), der Zündzeit (Funkenverzögerungskorrektur θ RE), dem Entladeintervall und dergleichen unter Verwendung von zumindest einer der in den 6A, 6B und 6C gezeigten Beziehungen ein. Ist die Anzahl der gemäß den 6A bis 6C jeweils eingestellten Entladungen zueinander unterschiedlich, dann wählt die elektronische Steuerungseinheit die größte Anzahl aus. Die Maschinenbelastung kann auf der Basis des Ansaugluftdrucks PM oder der Ansaugluftmenge erhalten werden.
In Schritt 109 stellt die elektronische Steuerungseinheit 30 jede elektrische Entladeperiode während des mehrfachen Entladevorgangs ein, und der Ablauf wird beendet.
7 zeigt eine Beziehung zwischen einem Maschinenkurbelwellenwinkel und einem Druck innerhalb des Zylinders (Druck innerhalb der Brennkammer 18). Der Zylinderinnendruck erreicht einen maximalen Druck am oberen Kompressionstotpunkt (TDC). Nachdem eine Verminderung des Zylinderinnendrucks beginnt, wird das gemischte Luft-Brennstoffgas zur Verbrennung gezündet, so dass der Zylinderinnendruck zeitweilig infolge des Verbrennungsdrucks ansteigt. Befindet sich der Kurbelwellenwinkel KW in der Nähe des oberen Kompressionstotpunkts und nimmt der Zylinderinnendruck zu, dann steigt der Energieinhalt des gemischten Gases an, und die zur Zündung erforderliche Entladeenergie verändert sich. Dies bedeutet, dass gemäß 8 die zum Zünden erforderliche Entladeenergie klein ist, wenn sich der Kurbelwellenwinkel KW in der Nähe des oberen Kompressionstotpunkts befindet, in welchem der Zylinderinnendruck sein Maximum erreicht.
Die zur Zündung erforderliche Entladeenergie steigt an, wenn das Luft-Brennstoffverhältnis des gemischten Gases magerer wird. Werden gemäß 8 die Werte der Luft-Brennstoffverhältnisse A/F = 17, A/F = 16 und A/F = 15 miteinander verglichen, dann ist erkennbar, dass die zur Zündung erforderliche Entladeenergie ansteigt, wenn das Luft-Brennstoffverhältnis (A/F-Verhältnis) magerer wird.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Entladeenergie für eine Zündung in der vorstehend beschriebenen Weise veränderlich ist, wird die Entladeperiode während des mehrfachen Entladevorgangs in angemessener Weise geändert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Beziehung zwischen der Kurbelwellenwinkelposition (KW) und der benötigten Entladeenergie zuvor erhalten, und eine Beziehung zwischen der Anzahl der Entladungen und der Entladeperiode wird als Muster gebildet auf der Basis der Relation zwischen der Kurbelwellenwinkelposition und der benötigten Entladeenergie.
Es gelten beispielsweise die folgenden Bedingungen Zündzeit = ATDC 10° KW, Ne = 1200 1/min, Entladeintervall = 1 ms und Anzahl der Intervalle = 5, wobei ein Zylinderinnendruck von 1.0 MPa bei der ersten Entladung entsteht. Danach fällt der Zylinderinnendruck auf 0.4 MPa bei der fünften Entladung durch wiederholte Entladungen alle 1 ms ab. In diesem Fall wird die optimale Entladeperiode gemäß der Darstellung in 9 eingestellt. Entsprechende Beispiele werden nachstehend beschrieben.

(1) Bei dem Wert A/F = 17, werden die ersten bis fünften Entladeperioden auf „0.16–0.37 ms„ eingestellt.
(2) Für den Wert A/F = 16, werden die ersten bis fünften Entladeperioden auf „0.12–0.32 ms„ eingestellt.
(3) Bei dem Wert A/F = 15, werden die ersten bis fünften Entladeperioden auf „0.07–0.20 ms„ eingestellt.

Diese Entladeperioden bilden die minimalen Erfordernisse zur Bereitstellung der Zündenergie. Hat die Zündspule 43 eine ausreichende Energiemenge aufgesammelt, dann sollten die Entladeperioden besser auf einen angemessenen längeren Wert eingestellt werden zur Erzielung einer Verbrennungsstabilität der Maschine 10.
In Schritt 109 gemäß 2 wird jede Entladeperiode auf der Basis der Zündzeit, des Entladeintervalls, der Anzahl der Entladungen, des Luft-Brennstoffverhältnisses (A/F-Verhältnis) und dergleichen berechnet. Wird nach dem oberen Kompressionstotpunkt ein mehrfacher Entladevorgang durchgeführt, dann werden die Entladeperioden allmählich umso länger eingestellt, als die elektrischen Entladungen wiederholt werden.
Der Mikrocomputer 31 berechnet ein Zündsignal IGt auf der Basis der Zündzeit, des Entladeintervalls, der Anzahl der Entladungen und der Entladeperiode, und gibt ein Zündsignal IGt an die Zündeinrichtung 41 aus.
10 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des mehrfachen Entladevorgangs. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem die Zündfunkenzeit auf ATDC 10° Kw eingestellt ist.
Die elektrischen Entladungen werden fünfmal in Abhängigkeit von dem Zündsignal IGt wiederholt, und die angesammelte Energie in der Zündspule 43 wird mit jeder elektrischen Entladung verbraucht. Jede Entladeperiode, in 10 beispielsweise als T1, T2, T3, T4 und T5 bezeichnet, wird allmählich länger eingestellt. Hierbei kann die verbleibende Energie der Zündspule 43 durch die letzte (fünfte) Entladung verbraucht werden, so dass die fünfte Entladeperiode T5 nicht in genauer Weise gesteuert werden muss. Somit muss die letzte (fünfte) Entladeperiode T5 lediglich mindestens so lange wie die vorstehend beschriebene Entladeperiode sein.
Gemäß 10 liegt die Energiemenge jeder elektrischen Entladung immer über der erforderlichen Energiemenge für eine Zündung (schraffierter Bereich in 10), und es verbleibt eine ausreichende Energie auch für die letzte Entladung. Hierbei wird die Energie nicht in übergroßer Weise verbraucht, so dass eine Verschwendung von Energie vermieden wird.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Entladeperiode umso kürzer eingestellt, je näher die Entladezeit am oberen Kompressionstotpunkt liegt, wenn ein mehrfacher Entladevorgang durchgeführt wird, wobei einer Veränderung des Zylinderinnendrucks gefolgt wird. Somit wird die für jede Entladung eines mehrfachen Entladevorgangs aufgenommene Energiemenge auf minimale Erfordernisse herabgesetzt, und es wird der Verbrauch der in der Zündspule 43 angesammelten Energie in angemessener Weise gesteuert. Im Ergebnis wird eine Entladeenergie in effizienter Weise während einer mehrfachen Entladung verbraucht, wobei die Zündspule 43 kompakter ausgeführt werden kann. Ferner ist die Anzahl der mehrfachen Entladungen nicht begrenzt.
Die elektronische Steuerungseinheit 30 berechnet eine Entladeperiode auf der Basis des Zylinderinnendrucks und des Luft-Brennstoffverhältnisses des gemischten Gases, und stellt die Entladeperiode umso länger ein, je magerer das gemischte Gas ist. Somit kann eine Zündsteuerung in genauerer Weise durchgeführt werden.
Die Anzahl der Entladungen und das Entladeintervall werden auf der Basis der Maschinenbetriebsbedingungen eingestellt. Daher entsprechen die durchgeführten mehrfachen Entladungen genau den Maschinenbetriebsbedingungen.
Die mehrfachen Entladungen werden in Abhängigkeit von einer Funkenverzögerungssteuerung während des Kaltstarts der Maschine 10 durchgeführt. Somit kann der katalytische Umsetzer 22 sehr früh aktiviert werden. Maschinenverbrennungsbedingungen, die zu einem unstabilen Verhalten infolge eines verzögerten Zündfunkens neigen, werden stabilisiert. Die Entladeenergie der Zündspule 43 wird in angemessener Weise gesteuert.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der mehrfache Entladevorgang bei dem Kaltstart einer Maschine mit Einlasseinspritzung durchgeführt. Gemäß dem vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel wird ein mehrfacher Entladevorgang bei einer Maschine mit einer Zylindereinspritzung (Direkteinspritzung) durchgeführt. Der mehrfache Entladevorgang wird durchgeführt zum sicheren Zünden eines Schichtlade-Gasgemischs einer geschichteten Verbrennung innerhalb der Maschine zur Vermeidung eines zufälligen Zündens.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Hochdruck-Wirbelinjektor unter dem Ansaugeinlass der Maschine 10 gemäß 1 angeordnet. Unter Hochdruck stehender Brennstoff wird durch diesen Injektor (Einspritzeinrichtung) in Richtung des oberen Bereichs des Kolbens innerhalb der Brennkammer eingespritzt. Der Kolben umfasst einen vertieften Bereich an seiner oberen Oberfläche. Die Brennstoffeinspritzströmung der Einspritzeinrichtung wird entlang der inneren Oberfläche des vertieften Bereichs in Richtung des Zündpunkts (vorderes Ende) der Zündkerze 25 geführt.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm der Zündsteuerung. Diese Durchführung entspricht einer Zündsteuerungseinrichtung der vorliegenden Erfindung. Der Mikrocomputer 31 startet die Durchführung der Steuerung zur Zündzeit.
In 11 werden eine Maschinendrehzahl Ne und ein Ansaugluftdruck PM (Maschinenbelastung) in die elektronische Steuerungseinheit 30 eingegeben (Schritt 201). Danach bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 30, ob eine Fahrbedingung innerhalb eines Mehrfachentladebereichs liegt oder nicht. Die elektronische Steuerungseinheit 30 bestimmt somit auf der Basis eines Entladebereichskennfelds gemäß 12, ob sowohl die Maschinendrehzahl Ne als auch die Maschinenlast unterhalb vorbestimmter Werte liegen oder nicht. Gemäß der Darstellung in 12 bezeichnet der Mehrfachentladebereich einen Bereich, in welchem sowohl die Maschinendrehzahl Ne als auch die Maschinenlast jeweils unter vorbestimmten Werten liegen.
Bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 30, dass diese Werte nicht innerhalb des Mehrfachentladebereichs, sondern in einem Einfachentladebereich liegen, dann geht der Ablauf zu Schritt 203 über zur Durchführung lediglich einer Entladung. Nach dem normalen Abschalten eines normalen elektrischen Primärstroms i1 hält die elektronische Steuerungseinheit 30 den (in 1 dargestellten) Leistungstransistor 42 im ausgeschalteten Zustand, so dass kein mehrfacher Entladevorgang durchgeführt wird.
Bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 30, dass die Werte innerhalb des Mehrfachentladebereichs liegen, dann geht der Ablauf über zu Schritt 204. In Schritt 204 berechnet die elektronische Steuerungseinheit jede Entladeperiode eines mehrfachen Entladevorgangs. Die elektronische Steuerungseinheit 30 berechnet jede Entladeperiode auf der Basis der vorstehend beschriebenen Zündzeit, des Entladeintervalls, der Anzahl der Entladungen, des Luft-Brennstoffverhältnisses und dergleichen. Hierbei wird die Entladeperiode umso kürzer eingestellt, je näher die Entladezeit bei dem oberen Kompressionstotpunkt liegt, wobei dem Übergang (Druckänderungen) des Zylinderinnendrucks gefolgt wird.
In Schritt 205 nach dem normalen Abschalten des elektrischen Primärstroms i1 wird der Leistungstransistor 42 wiederholt ein- und ausgeschaltet nach jeweils konstanten Intervallen, wodurch an der Zündkerze 25 wiederholte Entladungen ermöglicht werden. Danach bestimmt in Schritt 206 die elektronische Steuerungseinheit 30, ob die Anzahl der Entladungen eine vorbestimmte Anzahl erreicht hat oder nicht, und setzt die Durchführung eines mehrfachen Entladevorgangs fort, bis die Anzahl der Entladungen die vorbestimmte Anzahl erreicht hat. Hierbei kann die Anzahl der Entladungen auf der Basis der Beziehungen gemäß den 6A–6C entsprechend dem in 2 gezeigten Ablauf eingestellt werden.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung des vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiels wird die Entladeenergie in effektiver Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel während der mehrfachen Entladungen umgesetzt, so dass eine kompakte Zündspule 43 erreicht werden kann. Ferner ist die Anzahl der mehrfachen Entladungen nicht beschränkt. Insbesondere bei einer Maschine mit Direkteinspritzung wird ein mehrfacher Entladevorgang durchgeführt zum Zünden des Gasgemischs mit einer entsprechenden Sicherheit zur Vermeidung eines zufälligen Zündens, auch wenn die Zündzeit für ein relativ fettes Gasgemisch (geschichtetes Gasgemisch), das die Zündkerze 25 erreicht, von der berechneten Zeit geringfügig abweicht.
(Abwandlungen)
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und entsprechend der Darstellung in 9 wird bei einem konstanten Luft-Brennstoffverhältnis die Entladeperiode für mehrfache Entladungen einheitlich länger eingestellt, je größer die Anzahl der Entladungen wird (weiter entfernt vom oberen Kompressionstotpunkt) bei einer früheren Zündung. Alternativ kann gemäß 13 die minimale Entladeperiode zuvor bestimmt werden, und es kann die Entladeperiode über der minimalen Periode liegend eingestellt werden. 13 zeigt ein Beispiel einer früheren Zündung (ATDC-Zündung).
Dies bedeutet, dass die Entladeperiode nicht einheitlich in Abhängigkeit vom Zylinderinnendruck und Voreilungsbetrag oder Nacheilungsbetrag bezüglich des oberen Kompressionstotpunkts geändert wird. Die Entladeperiode wird durch einen Sicherheitswert beschränkt, der es ermöglicht, dass die Entladeperiode die minimale Periode ist. Da in diesem Fall die minimale Entladeperiode beschränkt ist, wird eine erforderliche Energie für die Verbrennung mit Sicherheit erhalten, so dass die Verbrennung stabilisiert wird. Ferner kann die Entladeperiode unabhängig vom Zylinderinnendruck innerhalb eines vorbestimmten Kurbelwinkelbereichs konstant sein, der zumindest den oberen Kompressionstotpunkt (TDC) beinhaltet.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird jede Entladeperiode auf der Basis der Zündzeit, der Entladeperiode, der Anzahl der Entladungen, des Luft-Brennstoffverhältnisses und dergleichen berechnet. Alternativ kann die Entladeperiode auf der Basis der letzten Zündzeit und der Anzahl der Entladungen eingestellt werden, um im Wesentlichen dem Übergang des Zylinderinnendrucks zu folgen.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Entladeperiode eines mehrfachen Entladevorgangs auf der Basis eines Luft-Brennstoffverhältnisses eingestellt, wobei entsprechende Muster vorliegen. Alternativ kann lediglich ein Wert eines Luft-Brennstoffverhältnisses A/F = 17 aus einem Luft-Brennstoffverhältnis-Kennfeld verwendet werden. Hierbei wird die Entladeperiode auf den längsten Wert eingestellt, wenn A/F = 17, aus den Möglichkeiten A/F = 15, 16, 17. Wird der Wert A/F = 17 verwendet, dann wird eine ausreichende Energie erhalten, auch wenn der Wert von A/F kleiner als 17 ist (Werte auf der fetteren Seite bezüglich A/F = 17).
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und der Beschreibung in 12 wird ein Mehrfachentladebereich definiert durch die Maschinendrehzahl Ne und die Maschinenlast, und die elektronische Steuerungseinheit 30 bestimmt, ob ein mehrfacher Entladevorgang durchgeführt werden soll oder nicht. Alternativ kann lediglich die Maschinendrehzahl zur Bestimmung des Mehrfachentladebereichs herangezogen werden. Hierbei wird ein mehrfacher Entladevorgang durchgeführt, wenn die Maschinendrehzahl Ne kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl (niedriger oder mittlerer Drehzahlbereich) ist. Der mehrfache Entladevorgang wird nicht durchgeführt, wenn die Maschinendrehzahl Ne über einer vorbestimmten Drehzahl (hoher Drehzahlbereich) liegt. In diesem Fall ist die Entladeperiode kurz und die Zeit für ein die Zündkerze erreichendes geschichtetes Gasgemisch weicht geringfügig von der berechneten Zeit ab, so dass in einem hohen Drehzahlbereich ein mehrfacher Entladevorgang beendet wird.
Ferner kann lediglich die Maschinenlast (Maschinenbelastung) den Mehrfachentladebereich bestimmen. Bei einer Maschine mit direkter Benzineinspritzung geht die Verbrennung zu einer homogenen Verbrennung über, wenn die Maschinenlast groß wird, und bei einer homogenen Verbrennung wird die Brennkammer mit einem homogenen fetten Gasgemisch gefüllt. Hierbei tritt kein Problem auf, dass die Zeit des die Zündkerze erreichenden Gasgemischs von der berechneten Zeit abweicht. Daher wird ein mehrfacher Entladevorgang innerhalb eines Bereichs nicht durchgeführt, in welchem eine Einfachentladung eine befriedigende Durchführung der Zündung ermöglicht, wie bei einer homogenen Verbrennung, und es wird ein mehrfacher Entladevorgang in anderen Maschinenlastbereichen durchgeführt.
Zwischen einem mehrfachen Entladevorgang und einem einfachen Entladevorgang kann umgeschaltet werden auf der Basis einer Maschinenbetriebsbedingung, ob ein Bereich mit geschichteter Verbrennung oder ein Bereich mit homogener Verbrennung vorliegt. In diesem Fall wird ein mehrfacher Entladevorgang durchgeführt, wenn die Maschinenbetriebsbedingung innerhalb des Bereichs mit geschichteter Verbrennung liegt.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden bei der Durchführung eines mehrfachen Entladevorgangs das Entladeintervall und die Anzahl der Entladungen in variabler Weise eingestellt auf der Basis der Maschinendrehzahl, der Maschinenlast und der Zündzeit unter Verwendung der Beziehungen gemäß den 5 und 6. Alternativ kann das Entladeintervall kürzer eingestellt werden und die Anzahl der Entladungen kann vergrößert werden, wenn das Luft-Brennstoffverhältnis (A/F) magerer wird.
Ferner kann das Entladeintervall kürzer eingestellt werden und die Anzahl der Entladungen kann vergrößert werden, wenn die seit dem Starten der Maschine abgelaufene Zeit länger wird. Zumindest kann entweder das Entladeintervall oder die Anzahl der Entladungen festgelegt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Entladeperiode in Abhängigkeit von einem Zylinderinnendruck (Druck innerhalb der Brennkammer) geändert. Es ist daher wünschenswert, den Übergang des Zylinderinnendrucks zu überwachen und die Entladeperioden eine nach der anderen in Abhängigkeit von dem Druckübergang zu korrigieren. Wird somit der Übergang (Druckänderung) des Zylinderinnendrucks ermittelt, dann stellt die elektronische Steuerungseinheit 30 besser einen Lernwert entsprechend dem Druckübergang ein und korrigiert die Entladeperiode unter Verwendung des Lernwerts. Vermindert sich beispielsweise der Zylinderinnendruck, dann stellt die elektronische Steuerungseinheit 30 einen positiven Lernwert ein zur Korrektur der Entladeperiode in Richtung längerer Werte. In diesem Fall wird ein mehrfacher Entladevorgang in angemessener Weise durchgeführt, auch wenn ein Übergangszustand vorliegt.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Zündfunkenenergie aus der in der Zündspule 43 angesammelten Energie erhalten. Alternativ kann die Zündfunkenenergie erhalten werden aus beispielsweise einer in einem Kondensator angesammelten Energie.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
In dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 15 werden eine Zündbetriebsschaltung 61 und eine Einspritzbetriebsschaltung 63 auf einem einzigen Substrat angeordnet. Die Zündbetriebsschaltung 61 steuert eine Zündanlage (Zündsystem) und die Einspritzbetriebsschaltung 63 steuert ein Brennstoffeinspritzventil 62. Die Zündbetriebsschaltung 61 und die Einspritzbetriebsschaltung 63 teilen sich eine Batteriestabilisierungsschaltung 64. Die Batteriestabilisierungsschaltung 64 unterdrückt Spannungsänderungen und Störungen im Zusammenhang mit einer Batterie 65. Die Batteriestabilisierungsschaltung 64 umfasst ein LC-Tiefpaßfilter, in welchem eine Spule 66 und ein Kondensator 67 in Reihe zueinander zwischen den positiven Anschluss und einen Masseanschluss der Batterie 65 geschaltet sind. Ein Verbindungspunkt zwischen der Spule 66 und dem Kondensator 67 bildet einen Ausgangsanschluss 68 der Batteriestabilisierungsschaltung 64. Die Fahrzeugbatteriespannung VB wird der Zündbetriebsschaltung 61 und der Einspritzbetriebsschaltung 63 über den Ausgangsanschluss 68 und die Batterieleitungen 69a und 69b zugeführt.
Der Aufbau der Zündbetriebsschaltung 61 wird nachstehend beschrieben. Die Batteriespannung VB wird mittels einer Boosterschaltung 70 angehoben und wird über eine Diode 71 einem Kondensator 72 zur Aufladung zugeführt. Die Boosterschaltung 70 umfasst eine Spule 73, ein Schaltelement 74 und einen Widerstand 75, die zueinander in Reihe geschaltet sind. Eine Zündsteuerungsschaltung (ECU) 76 steuert das Ein- und Ausschalten des Schaltelements 71 zum Anheben (Vergrößern) der Entladespannung der Spule 73. Ist das Schaltelement 74 eingeschaltet, dann führt die Boosterschaltung 70 der Spule 73 einen elektrischen Strom zu. Die Zündsteuerungsschaltung 76 überwacht den elektrischen Stromwert über eine Spannung am Widerstand 75 und steuert das Schaltelement 74 auf einen Auszustand, wenn der elektrische Stromwert einen vorbestimmten Wert angenommen hat. Die Zündsteuerungsschaltung 76 wiederholt diesen Vorgang zum Anheben der Entladespannung der Spule 73 und speichert die Entladespannung im Kondensator 72. Die Zündsteuerungsschaltung 76 überwacht die Ladespannung des Kondensators 72. Hat die Ladespannung eine vorbestimmte Spannung erreicht, dann steuert die Zündsteuerungsschaltung die Boosterschaltung 70 zum Beenden der Spannungsanhebung.
Ein Schaltelement 79 ist mit einer Primärspule 78 einer Zündspule 77 verbunden. Wird das Schaltelement 79 eingeschaltet, dann wird die im Kondensator 72 angesammelte elektrische Landung über die Primärspule 78, das Schaltelement 79 und einen Widerstand 80 zum Masseanschluss entladen. Eine Zündkerze 83 ist mit einer Sekundärspule 82 der Zündspule 77 verbunden. Hierbei ist für jeden Maschinenzylinder eine Zündbetriebsschaltung einschließlich der Zündkerze 83, der Zündspule 77, des Schaltelements 79 und des Widerstands 80 vorgesehen. Jede Zündbetriebsschaltung wird mittels der im Kondensator 72 geladenen Spannung betrieben.
Das Schaltelement 79 unterbricht (intermittierend) einen der Zündspule 77 zugeführten elektrischen Primärstrom. Die Zündsteuerungsschaltung 76 steuert das Ein- und Ausschalten des Schaltelements 79 auf der Basis eines von einem (nicht dargestellten) Maschinensteuerungscomputer zugeführten Zündsignals. Die Zündsteuerungsschaltung 76 steuert das Schaltelement 79 in den Einschaltzustand zur Bildung der Zeiten des Zündsignals zum Zuführen des Primärstroms zur Zündspule 77 und schaltet in gesteuerter Weise das Element 79 bei abgelaufener Zeit des Zündsignals (abfallende Flanke) aus zum Beenden der Zufuhr des Primärstroms zur Zündspule 77. Hierdurch wird eine hohe Spannung in der Sekundärspule 82 der Zündspule 77 induziert zur Bildung eines Entladefunkens der Zündkerze 83. Wird der Primärstrom in der Zündspule 77 ausgeschaltet, dann wird die verbleibende magnetische Energie in der Zündspule 77 über eine Freilaufdiode 81 abgeleitet.
Der Aufbau der Einspritzbetriebsschaltung 63 wird nachstehend beschrieben. Eine Batteriespannung VB wird in eine Konstantspannungsschaltung 84 eingegeben zur Umwandlung in eine Konstantspannung Vcc, die von jeder Schaltung benötigt wird. Ferner wird die Batteriespannung VB einer Spule 85 zugeführt und durch eine Boosterschaltung 86 angehoben (verstärkt). Die Boosterschaltung 86 umfasst einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler (DC-DC-Wandler) 87, ein Schaltelement 88 und einen Widerstand 89. Ist das Ausgangssignal eines monostabilen Multivibrators 90 niedrig, dann steuert der DC-DC-Wandler 87 das Schaltelement 88 zum Einschaltzustand zur Erregung der Spule 85. Der elektrische Stromwert wird mittels einer Spannung des Widerstands 89 überwacht und das Schaltelement 88 wird in gesteuerter Weise ausgeschaltet, wenn der elektrische Stromwert einen vorbestimmten Wert erreicht. Dieser Vorgang wird zum Anheben der Entladespannung der Spule 85 wiederholt. Die angehobene Spannung wird zur Aufladung einem Kondensator 92 über eine Diode 91 zugeführt. Der DC-DC-Wandler 87 überwacht die Ladespannung des Kondensators 92 und beendet die Spannungsanhebung, wenn die Ladespannung einen vorbestimmten Wert erreicht.
Ein Schaltelement 93 erregt und entregt eine Spule 62a des Brennstoffeinspritzventils 62 und wird mittels des monostabilen Multivibrators 90 angesteuert. Ist das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 90 hoch (hoher Pegel), dann wird das Schaltelement 93 eingeschaltet und es wird die in dem Kondensator 92 geladene Spannung in die Spule 62a des Brennstoffeinspritzventils 62 geleitet. Gleichzeitig wird die Batteriespannung VB über eine Diode 94 ebenfalls der Spule 62a zugeführt. Ein Schaltelement 95 und eine Diode 96 sind parallel zu den Schaltungen der Diode 94 und des Schaltelements 93 angeordnet. Wird das Schaltelement 95 eingeschaltet, dann wird die Batteriespannung VB der Spule 62a des Brennstoffeinspritzventils 62 in den Schaltungen des Schaltelements 95 und der Diode 96 zugeführt.
Ein Schaltelement 97 und ein Widerstand 98 sind in Reihe zwischen der Spule 62a und dem Masseanschluss geschaltet. Eine Konstantstromsteuerungsschaltung 99 steuert das Ein- und Ausschalten des Schaltelements 97. Ein vom Maschinensteuerungscomputer ausgegebenes Einspritzsignal wird in die Konstantstromsteuerungsschaltung 99 über eine Wellenanpassungsschaltung 100 eingegeben. Während das Einspritzsignal der Konstantstromsteuerungsschaltung 99 zugeführt wird, hält die Schaltung 99 das Schaltelement 97 im eingeschalteten Zustand, so dass die Spule 62a zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 62 erregt wird. Gleichzeitig überwacht die Schaltung 99 den elektrischen Strom über den Spannungsanschluss am Widerstand 98 und steuert das Ein- und Ausschalten des Schaltelements 95 zum Aufrechterhalten des Stroms auf einen vorbestimmten Wert. Fällt das Einspritzsignal ab (abfallende Flanke), dann wird das Schaltelement 97 ausgeschaltet zum Ausschalten des der Spule 62a zugeführten elektrischen Stroms, so dass die Einspritzöffnung des Brennstoffeinspritzventils 62 geschlossen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die in der Spule 62a verbleibende magnetische Energie über eine Freilaufdiode 101 abgeleitet.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung steuert der monostabile Multivibrator 90 den DC-DC-Wandler 87 und das Schaltelement 93. Ein Zündsignal wird dem monostabilen Multivibrator 90 über die Wellenanpassungsschaltung 100 zugeführt.
Der monostabile Multivibrator 90 führt ein Signal mit hohem Pegel und einen konstanten Zeitpuls dem DC-DC-Wandler 87 und dem Schaltelement 93 zu, da das Zündsignal ansteigt. Während das hochpegelige Signal eingegeben wird, wird der DC-DC-Wandler 87 abgeschaltet zur Beendigung der Spannungsanhebung, und das Schaltelement 93 wird im eingeschalteten Zustand aufrechterhalten zum Erregen der Spule 62a, so dass die Einspritzöffnung des Brennstoffeinspritzventils 62 geöffnet wird. Nimmt sodann das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 90 den niedrigen Pegel an, dann nimmt der DC-DC-Wandler 87 seinen Betrieb auf und startet das Anheben der Spannung, und das Schaltelement 93 wird zum Starten der Aufladung des Kondensators 92 ausgeschaltet.
Hierbei wird die Pulsdauer des hochpegeligen Signals des monostabilen Multivibrators 90 kleiner eingestellt als diejenige des Einspritzsignals. Somit wird die Batteriespannung VB kontinuierlich in die Spule 62a über das Schaltelement 95 zum Aufrechterhalten des Öffnungszustands der Einspritzöffnung des Brennstoffeinspritzventils 62 zugeführt, bis das Einspritzsignal eine abfallende Flanke aufweist, auch wenn das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 90 auf den niedrigen Pegel zum Ausschalten des Schaltelements 93 geändert wird. Bei der abfallenden Flanke des Einspritzsignals wird das Schaltelement 95 abgeschaltet zum Abschalten des in die Spule 62a eingegebenen elektrischen Stroms, so dass die Einspritzöffnung des Brennstoffeinspritzventils 62 geschlossen wird.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel kann auf einfache Weise ein Verdrahtungsmuster zwischen der Zündbetriebsschaltung 61 und der Einspritzbetriebsschaltung 63 gebildet werden, da die Zündbetriebsschaltung 61 und die Einspritzbetriebsschaltung 63 auf einem einzigen Substrat angeordnet sind, und die Zündbetriebsschaltung 61 und die Einspritzbetriebsschaltung 63 teilen sich gemeinsam die Batteriestabilisierungsschaltung 64. Auf diese Weise wird der Schaltungsaufbau des Zünd- und Einspritzsystems sowie der Zusammenbau vereinfacht, so dass die Herstellungskosten vermindert werden.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, in welchem die Zündbetriebsschaltung 61 und die Einspritzbetriebsschaltung 63 auf einem einzigen Substrat angeordnet sind. Beispielsweise kann die Zündbetriebsschaltung 61 und die Einspritzbetriebsschaltung 63 unabhängig voneinander auf getrennten Substraten angeordnet sein, wobei beide Schaltungen 61 und 63 in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind. Ferner können die Zündbetriebsschaltung 61 und die Einspritzbetriebsschaltung 63 weitere Funktionseinheiten und Einrichtungen gemeinsam für beide Schaltungen 61 und 63 außer der Batteriestabilisierungsschaltung 64 benutzen.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 16 bis 19 das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
16 zeigt eine grafische Darstellung von Signalleitungen vom Maschinensteuerungscomputer (ECU) einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine. Die Signalleitungen umfassen die Zündsignale IGT1–IGT4 und Einspritzsignale IJT1–IJT4 für die Zylinder. Der bekannte Maschinensteuerungscomputer ECU gibt die Zündsignale IGT1–IGT4 und die Zündsignale IJT1–IJT4 unabhängig voneinander an getrennten Ausgangsanschlüssen für jeden Zylinder aus. Es ist daher erforderlich, acht Signalleitungen zur Ausgabe der Zündsignale IGT1–IGT4 und der Einspritzsignale IJT1–IJT4 für die vier Zylinder vorzusehen, so dass die Anzahl der Signalleitungen ansteigt.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel werden die Signalleitungen gemäß der Darstellung in den 17 bis 19 angeordnet zur Verminderung der Anzahl der Signalleitungen. Die 17 bis 19 zeigen die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einer Vierzylindermaschine. Der Maschinensteuerungscomputer gibt Zylinderbestimmungssignale IGA und IGB, ein Zündbestimmungssignal WTG und ein Einspritzbestimmungssignal WTJ an eine Signalbestimmungsschaltung 105 ab. Die Signalbestimmungsschaltung 105 bestimmt, welche der acht Kombinationen der Ein- und Ausschaltkombination (ON, OFF) der Signale IGA, IGB, WTG und WTJ entspricht. Somit führt die Signalbestimmungsschaltung 105 eine Zylinderbestimmung auf der Basis der Ein- und Ausschaltkombinationen der Zylinderbestimmungssignale IGA und IGB durch, und führt ferner eine Zünd-/Einspritz-Bestimmung auf der Basis der Ein- und Ausschaltkombinationen des Zündbestimmungssignals WTG und des Einspritzbestimmungssignals WTJ durch. Die Signalbestimmungsschaltung 105 gibt Zündsignale IGO1–IGO4 und Einspritzsignale IJO1–IJO4 für jeden Zylinder an eine (nicht dargestellte) Zündbetriebsschaltung und eine (nicht dargestellte) Einspritzbetriebsschaltung ab.
Gemäß der Darstellung in 19 ändert der Maschinensteuerungscomputer ECU die Pulsbreite (Pulsdauer) des Zündbestimmungssignals WTG und des Einspritzbestimmungssignals WTJ in Abhängigkeit von der Zündperiode und der Einspritzperiode. Die Signalbestimmungsschaltung 105 bestimmt eine Pulsbreite (Zündperiode) der Zündsignale IGO1–IGO4 in Abhängigkeit von der Pulsbreite (Pulsdauer) des Zündbestimmungssignals WTG, und bestimmt eine Pulsbreite (Einspritzperiode) der Einspritzsignale IJO1–IJO4 in Abhängigkeit von der Pulsbreite (Pulsdauer) des Einspritzbestimmungssignals WTJ. Hierbei kann die vorstehend beschriebene Signalbestimmungsschaltung 105 durch eine theoretische Schaltung gebildet werden.
20 zeigt ein Zeitdiagramm (Signalzeitverläufe) eines tatsächlichen Zündsignals und eines Einspritzsignals bei einer unabhängigen Einspritzung bei einer Ansaugrohreinspritzung. Dabei bezeichnen jeweils IGO1–IGO4 Zündsignale für den ersten bis vierten Zylinder. Ferner bezeichnen jeweils IJO1–IJO4 Einspritzsignale für den ersten bis vierten Zylinder. Hierbei bezeichnet der erste Zylinder einen Zylinder aus den vier möglichen Zylindern, bei dem zuerst eine Einspritzung und eine Zündung erfolgt.
Die Signale werden in der nachfolgenden Reihenfolge ausgegeben.
Einspritzsignal des ersten Zylinders → Zündsignal des vierten Zylinders → Einspritzsignal des zweiten Zylinders → Zündsignal des ersten Zylinders → Einspritzsignal des dritten Zylinders → Zündsignal des zweiten Zylinders → Einspritzsignal des vierten Zylinders → Zündsignal des dritten Zylinders.
Danach wird die vorstehend angegebene Reihenfolge wiederholt.
Das Einspritzsignal bezeichnet einen Ansaugtakt, und das Zündsignal bezeichnet einen Arbeitstakt (Verbrennungstakt). Das Zündsignal und das Einspritzsignal für einen anderen Zylinder werden einmal ausgegeben zwischen dem Einspritzsignal und dem Zündsignal für einen der Zylinder. Ferner werden ein Einspritzsignal und ein Zündsignal für einen anderen Zylinder zweimal ausgegeben zwischen dem Einspritzsignal und dem Zündsignal für einen der Zylinder.
Da die Zeiten des gleichen Taktes für jeden Zylinder voneinander abweichen, weichen die Zeiten des Ein- und Ausschaltens der Signale IGA und IGB bei der unabhängigen Einspritzung geringfügig voneinander ab. Somit tritt bei den Zündsignalen und den Einspritzsignalen, die auf der Basis von Kombinationen der Signale gebildet werden, eine gegenseitige Überlappung auf, so dass die Zylinderbestimmung verbessert wird.
Die Signalbestimmungsschaltung 105 umfasst einen Eingangsanschluss IGW zum Einstellen der Anzahl der im Rahmen einer Mehrfachzündung vorzusehenden Zündungen. Die Signalbestimmungsschaltung 105 umfasst eine (nicht gezeigte) Überwachungsschaltung zum Überwachen des Zünd- und Einspritzvorgangs, und umfasst Ausgangsanschlüsse Igf und Ijf zur jeweiligen Ausgabe eines Zündüberwachungssignals und eines Einspritzüberwachungssignals. Der Maschinensteuerungscomputer ECU erfasst das Zündüberwachungssignal und das Einspritzüberwachungssignal zur Bestimmung, ob der Zünd- und Einspritzvorgang korrekt ausgeführt wurde oder nicht.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung erfolgt eine Zylinderbestimmung und eine Zünd- und Einspritzbestimmung auf der Basis der Ein- und Ausschaltkombinationen (ON-OFF-Kombinationen) der vier Signale IGA, IGB, WTG und WTJ. Die Pulsbreite (Zündperiode) der Zündsignale IGO1–IGO4 und die Pulsbreite (Einspritzperiode) der Einspritzsignale IJO1–IJO4 werden auf der Basis der Pulsbreiten (Pulsdauer) des Zündbestimmungssignals WTG und des Einspritzbestimmungssignals WTJ bestimmt. Somit kann die Anzahl der Signalleitungen vom Maschinensteuerungscomputer ECU auf die Hälfte der Anzahl der bekannten Signalleitungen vermindert werden, so dass der von der Anordnung der Signalleitungen beanspruchte Raum kleiner wird und die Signalleitungen auch einfacher angeordnet werden können, wodurch die Herstellungskosten vermindert werden.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine Vierzylindermaschine beschränkt. Auch bei der Verwendung bei einer Dreizylindermaschine wird die Anzahl der Signalleitungen des Maschinensteuerungscomputers ECU im Vergleich zur bekannten Anordnung der Signalleitungen vermindert. Wird die vorliegende Erfindung bei einer Maschine mit mehr als vier Zylindern verwendet, dann wird die Anzahl der Signalleitungen auf weniger als die Hälfte der Anzahl der bekannten Signalleitungen vermindert. Wird beispielsweise die vorliegende Erfindung bei einer Sechszylindermaschine verwendet, dann wird die Anzahl der Signalleitungen von zwölf Signalleitungen im bekannten Fall auf fünf Signalleitungen (drei Zylinderbestimmungsleitungen, eine Zündbestimmungsleitung und eine Einspritzbestimmungsleitung) vermindert.
Ferner können diese Signale zur Bestimmung der Pulsbreiten (Pulsdauer) der Zündsignale IGO1–IGO4 und der Einspritzsignale IJO1–IJO4 unabhängig vom Zündbestimmungssignal WTG und vom Einspritzbestimmungssignal WTJ ausgegeben werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann das Bestimmungsverfahren der Signalbestimmungsschaltung 105 für die Signale in angemessener Weise geändert werden. Beispielsweise kann eine Zylinderbestimmung und eine Zünd- und Einspritzbestimmung durchgeführt werden auf der Basis der Pulsbreite oder der Pulsanzahl während einer vorbestimmten Periode eines Ausgangssignals des Maschinensteuerungscomputers ECU.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Bei dem in 21 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 110 um eine Maschine mit Direkteinspritzung (Zylindereinspritzung), bei welcher ein Brennstoff direkt mittels eines Brennstoffeinspritzventils 111 in das Innere des Zylinders eingespritzt wird. Eine elektronische Steuerungseinheit 112 gibt ein Zündsignal an eine Zündbetriebsschaltung 113 ab, wobei ein Zündzeitpunkt für jeden Zylinder zur Bildung einer Funkenentladung an einer Zündkerze 114 für jeden Zylinder synchronisiert wird. Ferner gibt die elektronische Steuerungseinheit 112 ein Einspritzsignal an eine Einspritzbetriebsschaltung 115 ab, wobei die Einspritzzeit für jeden Zylinder, die ein Öffnen der Düse des Einspritzventils jedes Zylinders ermöglicht, synchronisiert wird, so dass der Brennstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird.
Gemäß dem vorliegenden fünften Ausführungsbeispiel wird ein piezoelektrisches Element für den Betrieb (Betätigung) des Brennstoffeinspritzventils 111 verwendet. Wird Brennstoff eingespritzt, dann wird das piezoelektrische Element erregt und ermöglicht so das Öffnen der Einspritzöffnung des Brennstoffeinspritzventils 111. Ist die Brennstoffeinspritzung beendet, dann wird das piezoelektrische Element entregt und ermöglicht so das Schließen der Einspritzöffnung des Brennstoffeinspritzventils 111. Bei der Maschine 110 vom Direkteinspritzungstyp ragt die Einspritzöffnung des Brennstoffeinspritzventils 111 in das Innere des Zylinders, und ein Verbrennungsdruck innerhalb des Zylinders wirkt auf eine Nadel des Brennstoffeinspritzventils 111 und ferner wirkt der Verbrennungsdruck über die Nadel auf das piezoelektrische Element. Daher wird in dem piezoelektrischen Element eine elektrische Spannung in Abhängigkeit vom Ansteigen des Brennstoffverbrennungsdrucks innerhalb des Zylinders gebildet.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel umfasst eine Einspritzbetriebsschaltung 115 eine Verbrennungserfassungsschaltung 116 zur Erfassung der am piezoelektrischen Element auftretenden elektrischen Spannung. Ein Verbrennungszustand (beispielsweise ob eine zufällige Verbrennung stattfindet oder nicht, vor Zündung und dergleichen) wird auf der Basis der Spannung des piezoelektrischen Elements mittels der Verbrennungserfassungsschaltung 116 erfasst. In diesem Fall wird das im Brennstoffeinspritzventil 111 betriebene piezoelektrische Element als Verbrennungssensor verwendet, so dass es nicht erforderlich ist, einen zusätzlichen Verbrennungssensor für jeden Zylinder vorzusehen, wodurch die Kosten vermindert werden.
Die vorstehende Erfindung ist jedoch nicht auf das Brennstoffeinspritzventil 111 mit einer Betätigung durch ein piezoelektrisches Element beschränkt. Alternativ kann auch ein mittels eines Elektromagneten betätigtes Brennstoffeinspritzventil verwendet werden. In diesem Fall kann zur Erfassung eines Verbrennungszustands die an einer elektromagnetischen Spule des Elektromagneten entsprechend dem Ansteigen des Verbrennungsdrucks auftretende elektrische Spannung erfasst werden.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
Bei dem in 22 gezeigten sechsten Ausführungsbeispiel sind eine Einspritzbetriebsschaltung 121 und eine Zündbetriebsschaltung 122 auf einem einzigen (nicht gezeigten) Substrat in gleicher Weise wie beim dritten Ausführungsbeispiel angeordnet. 22 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Anordnung der Einspritzbetriebsschaltung 121 und der Zündbetriebsschaltung 122. Der jeweilige Schaltungsaufbau beider Schaltungen 121 und 122 ist im Wesentlichen gleich dem im dritten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Schaltungsaufbau.
Gemäß dem vorliegenden sechsten Ausführungsbeispiel ist eine Energierückgewinnungsschaltung (Energiewiedergewinnungsschaltung) 123 vorgesehen. Die Energierückgewinnungsschaltung 123 gewinnt verbleibende magnetische Energie in der Spule 62a des Brennstoffeinspritzventils 62 zurück, wenn die Einspritzbetriebsschaltung 121 die Brennstoffeinspritzung beendet, und führt die Energie der Zündbetriebsschaltung 122 zu. Die Energierückgewinnungsschaltung 123 umfasst Schaltelemente 124 und 125 sowie einen Kondensator 126 zum Rückgewinnen der Energie. Die Schaltelemente 124 und 125 sind in Reihe zwischen der Masseseite der Spule 62a und der positiven Seite des Kondensators 77 der Zündbetriebsschaltung 122 geschaltet. Der Kondensator 126 ist an einem Verbindungspunkt zwischen beiden Schaltelementen 124 und 125 und dem Masseanschluss angeordnet. Die Energierückgewinnungsschaltung 123 ist ebenfalls auf demselben einzigen Substrat angeordnet.
Öffnet das Brennstoffeinspritzventil die Einspritzöffnung, dann wird das Schaltelement 97 der Einspritzbetriebsschaltung 121 eingeschaltet zum Erregen der Spule 62a, und die Schaltelemente 124 und 125 der Energierückgewinnungsschaltung 123 sind ausgeschaltet. Ist die Brennstoffeinspritzung beendet, dann wird das Schaltelement 97 ausgeschaltet zur Beendigung der Zufuhr von elektrischem Strom zur Spule 62a, und das obere Schaltelement 124 wird eingeschaltet. Hierdurch gewinnt die Energierückgewinnungsschaltung 126 nach vollendeter Brennstoffeinspritzung die in der Spule 62a verbleibende magnetische Energie über das Schaltelement 124 zurück.
Danach wird das obere Schaltelement 124 ausgeschaltet, und es wird das untere Schaltelement 125 eingeschaltet, so dass die im Kondensator 126 angesammelte elektrische Ladung in den Kondensator 72 der Zündbetriebsschaltung 122 über das untere Schaltelement 125 eingegeben wird. Nach der Entladung des Kondensators 126 wird das untere Schaltelement 125 ausgeschaltet zur Verhinderung, dass ein elektrischer Strom von der Zündbetriebsschaltung 122 zum Kondensator 126 zurückfließt. Das Ein- und Ausschalten des Schaltelements 74 der Zündbetriebsschaltung 122 wird wiederholt zum Anheben (Erhöhen) und Zuführen der Ausgangsspannung der Spule 73 in den Kondensator 72. Die Aufladespannung des Kondensators 72 führt der Zündspule 77 einen elektrischen Primärstrom zu. Weist das Zündsignal eine abfallende Flanke auf, dann wird das Schaltelement 79 ausgeschaltet zum Beenden des in der Spule 77 fließenden elektrischen Primärstroms. Hierdurch steigt eine hohe Spannung in der Sekundärspule 82 der Zündspule 77 zum Bewirken einer Zündfunkenentladung an der Zündkerze 83 an.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung gewinnt die Energierückgewinnungsschaltung 123 die in der Spule 62a verbleibende magnetische Energie zurück und führt die Energie der Zündbetriebsschaltung 122 zu. Somit wird die verbleibende magnetische Energie in effektiver Weise ausgenutzt, wodurch der Brennstoffverbrauch verbessert wird.
Ferner kann alternativ oder zusätzlich eine weitere Energierückgewinnungsschaltung vorgesehen sein zur Rückgewinnung einer verbleibenden Energie in der Zündbetriebsschaltung und Zuführen der Energie in die Einspritzbetriebsschaltung 121.
Die im Rahmen des sechsten Ausführungsbeispiels offenbarte Erfindung ist nicht auf das Beispiel beschränkt, die Einspritzbetriebsschaltung 121, die Zündbetriebsschaltung 122 und die Energierückgewinnungsschaltung 123 auf demselben einzigen Substrat anzuordnen. Beispielsweise können die Einspritzbetriebsschaltung 121 und die Zündbetriebsschaltung 122 unabhängig voneinander auf getrennten Substraten angeordnet werden, und es kann die Energierückgewinnungsschaltung 123 auf einem der getrennt angeordneten Substrate vorgesehen sein. Alternativ kann die Energierückgewinnungsschaltung 123 auf einem Substrat unabhängig und getrennt von dem Substrat angeordnet werden, auf dem beide Schaltungen 121 und 122 angeordnet sind.
Ferner können die Merkmale des dritten bis sechsten Ausführungsbeispiels in angemessener Weise miteinander kombiniert werden.
Somit ändert während eines mehrfachen Entladevorgangs ein Mikrocomputer 31 eine Entladeperiode jeder Entladung in Abhängigkeit von einem Druckübergang in einer Brennkammer 18 einer Brennkraftmaschine 10. Somit wird die für jede Entladung eines mehrfachen Entladevorgangs verbrauchte Energie auf minimale Erfordernisse vermindert, und der Verbrauch der in einer Zündspule 43 angesammelten Energie wird in günstiger Weise gesteuert. Auf diese Weise wird die Entladeenergie in effektiver Weise während mehrfacher Entladungen umgesetzt, so dass die Zündspule 43 in kompakter Weise ausgeführt werden kann. Hierbei ist jedoch die Anzahl der mehrfachen Entladungen nicht beschränkt.

Claims

Zündsteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (10), mit einer in der Brennkraftmaschine (10) angeordneten Zündkerze (25), einer Zündeinrichtung (41) zur Bildung einer Zündfunkenentladung in der Zündkerze (25) zu einer Zündzeit, und einer Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) zur Durchführung eines mehrfachen Entladevorgangs in welchem eine Vielzahl von Entladungen während eines Verbrennungszyklus der Brennkraftmaschine (10) durchgeführt wird, wobei die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) eine Entladeperiode für jede Entladung während des mehrfachen Entladevorgangs ändert, und die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) die Entladeperiode jeder Entladung in Abhängigkeit von einem Druckübergang in einer Brennkammer (18) der Brennkraftmaschine (10) ändert.
Zündsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) die Entladeperiode umso länger einstellt, je magerer das der Brennkraftmaschine (10) zugeführte Luft-Brennstoffgemisch ist.
Zündsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) die Anzahl der Entladungen während eines Verbrennungszyklus auf der Basis einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine (10) bestimmt.
Zündsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) ein Intervall jeder Entladung auf der Basis einer Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine (10) bestimmt.
Zündsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Zündzeitverzögerungseinrichtung (30, 31) zum Verzögern der Zündzeit, wenn ein Kaltstart der Brennkraftmaschine (10) vorliegt, wobei die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) den mehrfachen Entladevorgang in Abhängigkeit von der Zündzeitverzögerung durchgeführt, wenn die Brennkraftmaschine (10) gestartet wird.
Zündsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündsteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung verwendet wird, bei der ein Brennstoff direkt in eine Brennkammer (18) der Brennkraftmaschine (10) eingespritzt wird, und die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) einen mehrfachen Entladevorgang in Abhängigkeit von einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (10) mit Zylindereinspritzung durchführt.
Zündsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündeinrichtung (41) eine Zündspule (43) aufweist zur Bildung einer Funkenentladung in der Zündkerze (25), und die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) die Primärseite der Zündspule (25) in wiederholter Weise eine Vielzahl von malen während eines Verbrennungszyklus der Brennkraftmaschine (10) zur Durchführung eines mehrfachen Entladevorgangs erregt und entregt.
Zündsteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (10), mit einer in der Brennkraftmaschine (10) angeordneten Zündkerze (25), einer Zündeinrichtung (41) zur Bildung einer Funkenentladung in der Zündkerze (25) zu einer Zündzeit, und einer Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) zur Durchführung eines mehrfachen Entladevorgangs, bei welchem eine Vielzahl von Entladungen während eines Verbrennungszyklus der Brennkraftmaschine (10) durchgeführt wird, wobei die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) eine Entladeperiode jeder Entladung während des mehrfachen Entladevorgangs in der Weise einstellt, dass die Entladeperiode umso kurzer eingestellt wird, als die Entladezeit näher bei dem oberen Kompressionstodpunkt liegt.
Zündsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündsteuerungseinrichtung (30, 31) eine Länge der Entladeperiode durch einen Sicherheitswert entsprechend einer vorbestimmten minimalen Entladeperiode beschränkt.