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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein System und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Mehrfachladezündung und
insbesondere ein Verfahren und ein System, die derart ausgebildet
sind, daß sie
zumindest manche der Mehrfachladeereignisse des Systems und Verfahrens
auf eine stromabhängige
Weise. auslösen,
und die ferner derart ausgebildet sind, daß sie die Abfolge eines Wiederaufladens
und teilweisen Entladens, der induktiven Energiespeichervorrichtung
des Zündsystems
auf der Grundlage eines Zeitgebungssignals und ohne andere den Kurbelwinkel
anzeigende Signale zu erfordern beenden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1, 11 oder 13 Vorrichtungen bzw. verfahren den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 bzw. 13 sind aus der
US
4,138,977 ,
US 3,945,362 und
US 5,056,497 bekannt.
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Im allgemeinen stoppt ein verteilerloses
Zündsystem
mit wiederholtem Funken den Zündstrom
vor dem vollständigen
Entladen der magnetischen Energie in der Zündspule, die die Zündkerze
versorgt. Während des
Stopps wird die Zündspule
wieder aufgeladen, so daß ein
zusätzlicher
Funken an der Zündkerze
erzeugt werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft ein System
und ein Verfahren zum Zünden
eines brennbaren gasförmigen
Gemisches, insbesondere eines Gemisches aus Benzindampf und Luft,
in der Brennkammer eines Verbrennungsmotors, der eine Zündkerze
verwendet.
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Die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches
in der Brennkammer eines Verbrennungsmotors (ICE) wird durch eine
Zündkerze
vorgenommen, bei der bewirkt wird, daß ein Hochspannungsfunken,
der beispielsweise durch ein Entladen eines Kondensators oder einer
Spule erzeugt wird, sich über
einen Zünd-
oder Funkenspalt der Zündkerze
hinweg entlädt.
Der Kondensator oder irgendeine andere Energiespeichervorrichtung, wie
eine Zündspule
selbst, wird mit Energie geladen, und in einem vorbestimmten Moment,
der von einem Computer gesteuert werden kann, entlädt sich
der Kondensator oder die andere Energiespeichervorrichtung, wodurch
bewirkt wird, daß der
Funken am Funkenspalt überspringt.
Der Funkenspalt zündet
das brennbare Gemisch innerhalb der Brennkammer des ICE.
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Die zeitliche Abstimmung des Funkens
in Relation zur brennbaren Füllung
und der Position eines Kolbens in dem ICE, die gewöhnlich in
bezug auf die Position des oberen Totpunktes (OT) des Kolbens genommen
wird, ist wichtig. Gewöhnlich
wird bewirkt, daß der
Funkenübersprung
zu einem vorbestimmten Moment vor der OT-Position des Kolbens auftritt,
so daß das
Gemisch brennen wird und gerade bei und nachdem der Kolben die OT-Position
erreicht hat, Energie abgeben wird. Um einen maximalen Wirkungsgrad
aus dem Verbrennungsvorgang zu erhalten, ist es wichtig, daß das Gemisch
so schnell wie möglich
innerhalb der Brennkammer verbrennt und sich ein Frontbereich der
Verbrennung oder Flamme des brennbaren Gemisches so schnell wie
möglich
ausbreitet.
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Die elektrische Entladung, die am
Funkenspalt der Zündkerze
unter der Steuerung des zugeordneten Zündsystems auftritt, ist unglücklicherweise
kein klar analysierbares Vorkommnis oder Ereignis, wie beipielsweise
ein elektrischer Rechteckwellenimpuls oder desgleichen, der die
Entladung steuert. Rudolf Maly vom Institut für Physikalische Elektronik,
Universität
Stuttgart, hat in zahlreichen Schriften darauf hingewiesen, daß, wenn
sich der Funken bildet, drei Phasen unterschieden werden können, nämlich (1)
die Durchschlagphase, (2) die Lichtbogenphase und (3) die Glühphase.
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Die Energie, die in den verschiedenen
Phasen übertragen
wird, differiert stark. Die Bildung der jeweiligen Phasen hängt bis
zu einem gewissen Maß von
der Geometrie der Zündelektroden
sowie von der mit diesen verbunden, zugehörigen Schaltung ab. Wenn das
Zündsystem
einen Hochspannungsimpuls an die Zündelektroden liefert, wird
dann zuerst, nachdem die Durchschlagspannung überschritten worden ist, ein
elektrisch leitender Plasmaweg resultieren. Die Ströme, die über den
Weg zwischen den Elektroden fließen, können sehr hoch sein. Dies tritt
während
der Phase (1), d.h., der Durchschlagphase, auf, wenn die Spannung
von sehr hohen Spannungen (Kilovolt) auf Spannungen abfällt, die
weniger als 10% der Spitze betragen.
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Die nächste Phase ist die Lichtbogenphase,
deren Bildung und Verlauf zu einem gewissen Grad von der Schaltung
abhängt,
der die Zündkerze
zugeordnet ist. Die Lichtbogenphase bewirkt, daß Strom in dem zuvor erzeugten
Plasmaweg fließt.
Die Spannung zwischen den Elektroden kann vergleichsweise niedrig
sein, oder der zu Beginn der zweiten oder Lichtbogenphase fließende Strom
kann hoch sein. Wenn der Strom während
der Lichtbogenphase unter eine Übergangsschwelle
abfällt,
wird der Lichtbogen zu einer gewöhnlich
folgenden dritten oder Glühphase
degenerieren. Der Strom während
der dritten oder Glühphase
fährt fort,
den Medien in dem Spalt Wärmeenergie
zuzuführen,
obwohl während
der relativ langen Zeitdauer bis zu den Elektroden viel verloren
geht. Während
der Glühphase
liegt die Spannung über
dem Wert der Lichtbogenphasenspannung.
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Die Zündkerze wird während der
jeweiligen Phasen unterschiedlich beansprucht. In der Durchschlagphase
ist die Wärmebelastung
der Zündkerze
gering. In der Lichtbogenphase ist die Wärmebelastung hoch, und Wärme, die
den Zündelektroden
der Zündkerze
zugeführt
wird, führt
zu dem allgemein bekannten Abtrag und zu einer Verschlechterung
der Zündkerze.
Während
der Glühentladung
findet wegen der niedrigen Stromdichten und Ströme (<100 ma), die ausgehalten werden können, relativ
wenig Abtrag statt.
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Die Lastzustände an einem Ottomotor resultieren
in unterschiedlichen Zuständen
der brennbaren Gemische in der Brennkammer. Bei Vollastbetrieb ist
das Gemisch fett und der Grad der Füllung der Brennkammer ist hoch.
Die Zündung
eines derartigen Gemisches wirft keine wesentlichen Probleme auf.
Eine beschleunigte Übertragung
von Energie ist ebenfalls nicht notwendigerweise erwünscht. Wenn
jedoch der ICE bei niedriger Last arbeitet oder im Leerlaufzustand
oder auch im Motorbremszustand, fällt die Temperatur innerhalb der
Brennkammer schnell ab, und der Druck fällt ebenfalls ab. Das Gemisch
ist mager und der Grad der Füllung
der Brennkammer des ICE ist niedrig. Es treten Inhomogenitäten des
Gemisches auf, und folglich kann die Zündung des bereits mageren und
möglicherweise
inhomogenen und unzureichend gefüllten
Gemisches Probleme hervorrufen.
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Es sind Zündsysteme bekannt, die eine
Abfolge von Funkendurchschlägen
bereitstellen, um eine Zündung
des brennbaren Gemisches in einem ICE sicherzustellen. Es ist beispielsweise
bekannt, die Zusammensetzung des brennbaren Kraftstoff-Luft-Gemisches
zu erfassen, und die Anzahl von Funkenübersprüngen oder Durchschlägen an den
Zündelektroden
oder der Zündkerze
als eine Funktion des Verhältnisses
des Kraftstoffes zur Luft in dem brennbaren Kraftstoff-Luft-Gemisch
zu steuern.
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Das US-Patent Nr. 4 653 459 von Herden
lehrt eine Motorsteuerung unter Verwendung des Zusammenhanges der
Anzahl von Funkendurchschlägen
mit der Zusammensetzung des dem Motor zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Es sind
jedoch speziell konstruierte Zündkerzen
erforderlich, um die Durchschlagphase auszudehnen. Außerdem können die
Impulse mit höherer
Energie dieser Durchschlagfunken zu unerwünschten HFI-Emissionen (Hochfrequenzinterferenz-Emissionen)
führen.
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Um zu vermeiden, die Bauteile der
Zündung
umkonfigurieren zu müssen,
schlägt
US-Patent Nr. 5 014 676 von Boyer vor, herkömmliche induktive Entladungsbauteile,
vorzugsweise in einer verteilerlosen Ausgestaltung, mit wiederholter
Zündung
zu verwenden, und schlägt
ferner vor, die Ein/Aus-Steuerung für diesen Modus von einem Hauptmotorsteuerungscomputer
in Verbindung zu bringen. Durch Abschneiden der Länge jeder
Glühentladung,
um Energie zurückzugewinnen,
die sonst für
die Zündkerzenelektroden
verloren gehen würde,
und eine Anzahl von frischen Zündquellen
in einem turbulenten Gemisch bereitzustellen, indem wiederholt der
gleiche Zündkerzenspalt
gezündet
wird, gibt es gemäß dem '676 Patent eine höhere Wahrscheinlichkeit
einer Zündung
eines mageren Gemisches.
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Während
die in dem '676
Patent offenbarte Anordnung in vielen Situationen annehmbar ist,
kann sie tatsächliche
Zustandsänderungen
innerhalb der Brennkammer nach dem ersten Funken nicht angemessen kompensieren.
Sobald die '676
Anordnung auf der Grundlage der Betriebszustän de des Motors bestimmt, daß das Zünden wiederholt
vorgesehen wird, sind die Ereignisse, die das Anlegen von Energie
auslösen,
das einen der Funken erzeugen soll, vorwiegend auf Zeit beruhende
Ereignisse. Das heißt,
jeder Versuch, einen Funken in der wiederholten Abfolge zu erzeugen,
wird zu festgelegten Zeitpunkten ausgelöst und beendet. Während die
festgelegten Zeitpunkte sich von einem Versuch zum nächsten unterscheiden,
sind sie voreingestellt und verändern
sich nicht, um tatsächliche
Schwankungen der Energiemenge zu kompensieren, die erforderlich
ist, um die Energiespeichervorrichtung (z.B. die Zündspule)
für das
nächste
Erzeugen eines Funkens wieder aufzuladen. Die voreingestellten Zeitwerte ändern sich
auch nicht, um tatsächliche
Schwankungen der Energiemenge zu kompensieren, die von jedem Funken
im Anschluß an
den ersten dissipiert wird. Wenn diese tatsächlichen Schwankungen signifikant
sind, was aufgrund von Zustandsänderungen
innerhalb der Brennkammer nicht ungewöhnlich ist, liefert die in
dem '676 Patent
offenbarte Anordnung keine idealen Zündeigenschaften.
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Die Zustandsänderungen innerhalb der Brennkammer
(z.B., ob es einen Zustand mit starker Strömung oder einen Zustand mit
geringer Strömung
in der Brennkammer gibt) können
bewirken, daß die
Energiemenge, die von einem Zündereignis
im Anschluß an
den anfänglichen
Funken dissipiert wird, um etwa eine Größenordnung schwankt. Bei Zuständen mit
geringer Strömung
können
beispielsweise nur etwa 200–300
Volt notwendig sein, um einen Funken nach dem anfänglichen
Funken aufrechtzuerhalten. Insbesondere verbleibt das Medium zwischen
den Elektroden der Zündkerze
ionisiert und erleichtert deshalb das Neuzünden der Zündkerze. Unter Bedingungen
mit starker Strömung
können
im Gegensatz dazu wegen des Mangels an Ionisation zwischen den Elektroden
der Zündkerze 2000
Volt notwendig sein, um den gleichen Funken in der Abfolge aufrechtzuerhalten.
Es kann folglich eine Schwankung von 10:1 der Menge dissipierter
Energie und somit der von der Spule benötigten Energiemenge geben,
um sicherzustellen, daß ein
Funken aufrechterhalten wird. Derart große Schwankungen bedeuten, daß, wenn
die Entladungsauslösezeit
aufgrund der fehlerhaften Annahme voreingestellt worden ist, daß die Brennkammerzustände nur
eine geringe Energiemenge benötigen werden,
um den Funken zu zünden,
die Menge an Zeit, die zum Wiederaufladen zugewiesen wird, zu kurz
sein kann, um den gewünschten
Funken aufrechtzuerhalten (z.B. bei Bedingungen mit starker Strömung). Wenn im
Gegensatz dazu die Entladungsauslösezeit auf der Grundlage der
entgegengesetzten fehlerhaften Annahme voreingestellt wird, nämlich, daß die Brennkammerzustände eine
große
Energiemenge benötigen
werden, um den Funken zu zünden,
kann dann die Zeit, die dem Wiederaufladen zugewiesen wird, länger sein
als es notwendig ist, wodurch die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden
Funken übermäßig verlängert wird
und/oder die Spule überladen
wird. In jedem Fall würde
das Zündsystem
kein ideales Leistungsvermögen
besitzen.
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Selbst wenn die voreingestellten
Zeiten auf der Grundlage der Annahme bestimmt werden, daß die Zustände innerhalb
der Brennkammer im wesentlichen im mittleren Bereich zwischen denjenigen,
die eine große
Energiemenge benötigen,
und denjenigen, die wenig Energie benötigen, bleiben werden, verhindert
die Größe von möglichen
Schwankungen des Energiebedarfs (d.h., das vorstehend erwähnte Verhältnis von 10:1),
daß dieser
Ansatz das Potential für
ein ungeeignetes Leistungsvermögen
vollständig
beseitigt.
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Es gibt folglich in der Technik einen
Bedarf für
ein Mehrfachladezündsystem,
das in der Lage ist, die Vorteile, die zur wiederholten Funkenerzeugung
gehören,
zu liefern, während
Schwankungen der Dissipation und Wiederaufladeenergie von einem
Funkenereignis zum nächsten
in jeder wiederholten Funkenerzeugungsabfolge angemessen kompensiert
werden. In dieser Hinsicht gibt es in der Technik einen Bedarf für ein Mehrfachladezündsystem,
bei dem die Entladeereignisse auf der Grundlage der Energiemenge
ausgelöst
werden, die in der Spule des Zündsystems
gespeichert ist.
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Während
das US-Patent Nr. 5 462 036 von Kugler et al Entladeereignisse liefert,
die auf der Grundlage der Energiemenge in einer Primärwicklung
ausgelöst
werden, erfordert die von Kugler et al offenbarte Vorrichtung mehr
als ein Eingangssignal (z.B. Drehzahl n, Druck p, Versorgungsspannung
Up, Temperatur T und desgleichen). Diese Signale werden von der
Vorrichtung von Kugler et al dazu verwendet, neben anderen Dingen den
Zündzeitpunkt
ZZP zu bestimmen. Da die Vorrichtung von Kugler et al nicht auf
ein einziges Zeitgebungssignal (z.B. ein EST-Signal) von einer PTCU
anspricht, sondern vielmehr auf eine Vielzahl von Eingangssignalen,
wird sie im allgemeinen als Ersatz für existierende PTCU angewandt.
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Der Ersatz oder die Modifikation
von existierenden PTCU ist jedoch nicht notwendigerweise erwünscht oder
praktikabel. Die Herstellung von existierenden PTCU ist über die
vielen Herstellungsdurchläufe
der PTCU wesentlich verfeinert worden. Die Verwendung von existierenden
PTCU neigt ebenfalls dazu, die Werkzeugbestückungszeit und Produktionskosten
zu minimieren. Da zusätzlich
existierende PTCU in tatsächlichen Fahrzeugen
verwendet und getestet worden sind und aufgrund der Ergebnisse derarti ger
Verwendung über wesentliche
Zeiträume
verfeinert worden sind, ist es im allgemeinen erwünscht, Vorteil
aus deren nachgewiesener Zuverlässigkeit
zu ziehen, indem ein Zündsystem
geschaffen wird, das existierende PTCU verwendet und wenig, wenn überhaupt,
mehr hinzufügt,
als notwendig ist, um existierende PTCU in die Lage zu versetzen,
eine Mehrfachladezündung
bereitzustellen. In dieser Hinsicht gibt es im allgemeinen einen
Bedarf für
ein Mehrfachladezündsystem
und -verfahren, die derart ausgebildet sind, daß sie die Abfolge des Wiederaufladens
und teilweisen Entladens der induktiven Energiespeichervorrichtung
auf der Grundlage des Zeitgebungssignals (z.B. des EST-Signals)
von einer existierenden PTCU beenden. Da Einsparungen bei der Herstellung erzielt
werden, indem die Eingänge
in irgendeine zusätzliche
Mehrfachladeschaltung minimiert werden, existiert ein Bedarf für Mehrfachladezündsysteme
und -verfahren, die ausgeführt
werden können,
ohne andere Eingangssignale als das Zeitgebungssignal zu erfordern
(z.B. ohne Signale zu erfordern, die beispielsweise den Kurbelwinkel
anzeigen).
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Es ist ein Hauptziel der vorliegenden
Erfindung, die vorstehenden Probleme zu überwinden und zumindest eines
der vorstehend erwähnten
Erfordernisse zu erfüllen,
indem ein Mehrfachladezündsystem
und -verfahren geschaffen werden, die derart ausgebildet sind, daß sie wiederholte
Funken unter Verwendung einer induktiven Entladung bereitstellen,
ohne die Notwendigkeit für
besondere Zündkerzenausgestaltungen oder
einen kapazitiven Entladungsenergiespeicher und auf eine Weise,
die Schwankungen der Dissipation und Wiederaufladeenergie von einem
Zündereignis
zum nächsten
in jeder wiederholten Funkenerzeugungsabfolge kompensiert.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Mehrfachladezündsystem
zu schaffen, bei dem zumindest manche der Entladeereignisse auf
der Grundlage der Energiemenge ausgelöst werden, die in dem induktiven
Speicherbauteil des Zündsystems
gespeichert ist.
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Es ist zudem ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, das Mehrfachladezündsystem
bereitzustellen, bei dem zumindest einige der Entladeereignisse
auf der Grundlage des Stroms ausgelöst werden, der durch die Primärwicklung
des induktiven Speicherbauteils des Zündsystems fließt.
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Es ist außerdem ein weiteres Ziel der
vorliegenden Erfindung, ein Mehrfachladezündsystem und -verfahren zu
schaffen, die derart ausgebildet sind, daß sie die Abfolge eines Wiederaufladens
und teilweisen Entladens der induktiven Energiespeichervorrichtung
auf der Grundlage eines Zeitgebungssignals (z.B. von einer existierenden
PTCU, wie ein EST-Signal) und ohne andere den Kurbelwinkel anzeigende
Signale zu erfordern zu beenden.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch
die Merkmale des Anspruchs 1, 11 oder 13.
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Die elektronische Zündschaltung
umfaßt
ferner vorzugsweise einen Schalter, der mit dem vorstehend erwähnten Stromweg
verbunden und derart ausgebildet ist, daß er selektiv den Weg öffnet, wenn
der Strom, der durch den Weg fließt, auf eine vorbestimmte Schwelle
ansteigt, bei der die induktive Energie, die in der induktiven Energiespeichervorrichtung
gespeichert ist, der vorbestimmten Energiemenge entspricht.
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Die elektronische Zündschaltung
kann ferner eine Zeitgebungsschaltung umfassen, die derart ausgebildet
ist, daß sie
ein Zeitablaufsignal liefert, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer nach
dem Öffnen
des Schalters verstrichen ist. Dieser Schalter kann in dieser Hinsicht
ferner auf das Zeitablaufsignal ansprechen und kann derart ausgebildet
sein, daß er
den Weg bei Empfang des Zeitablaufsignals schließt, um ein Wiederaufladen der
induktiven Energiespeichervorrichtung zu bewirken.
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Die vorliegende Erfindung stellt
auch ein Mehrfachladezündsystem
in einem Verbrennungsmotor bereit. Der Motor weist eine Zeitgebungssteuereinheit,
eine Vielzahl von Brennkammern und zumindest eine Zündkerze
in jeder Brennkammer auf. Das Mehrfachladezündsystem ist mit jeder Zündkerze
und ebenfalls mit der Zeitgebungssteuereinheit verbunden. Das Mehrfachladezündsystem
umfaßt
eine induktive Energiespeichervorrichtung für jede Brennkammer und eine
elektronische Zündschaltung.
Jede induktive Energiespeichervorrichtung weist Primär- und Sekundärseiten
auf, die induktiv aneinander gekoppelt sind. Die elektronische Zündschaltung
ist mit der Primärseite
jeder induktiven Energiespeichervorrichtung verbunden und derart ausgebildet,
daß sie
von der Zeitgebungssteuereinheit ein Zeitgebungssignal empfängt, das
anzeigt, wann das Zünden
jeder Zündkerze
beginnen soll. Die elektronische Zündschaltung spricht ferner
auf das Zeitgebungssignal an, indem eine jeweilige Vorrichtung der
induktiven Energiespeichervorrichtungen dadurch aufgeladen wird,
daß ein
elektrischer Strom durch die Primärseite derselben fließen gelassen
wird, bis eine vorbestimmte Energiemenge in dieser gespeichert ist.
Die elektronische Zündschaltung
ist ferner derart ausgebildet, daß sie einen Teil der vorbestimmten
Energiemenge durch die Sekundärseite
der jeweiligen Vorrichtung der induktiven Energiespeichervorrichtungen
hindurch entlädt,
indem ein Weg des elektrischen Stroms durch die Primärseite bei
Erreichen der vorbeistimmten Energiemenge in der jeweiligen der
induktiven Energiespeichervorrichtungen geöffnet wird. Die elektronische
Zündschaltung
ist ferner derart ausgebildet, daß sie wiederholt den Weg schließt und wieder öffnet, um
die jeweilige Vorrich tung der induktiven Energiespeichervorrichtungen
wiederaufzuladen bzw. teilweise zu entladen. Die elektronische Zündschaltung
ist derart ausgebildet, daß sie
nacheinander in einer vorbestimmten Zündreihenfolge kennzeichnet,
welche der induktiven Energiespeichervorrichtungen die jeweilige
Vorrichtung bildet. Die elektronische Zündschaltung ist ebenfalls derart
eingerichtet, daß ein
Wiederöffnen
des Weges auf der Grundlage der Energiemenge ausgelöst wird,
die in der induktiven Energiespeichervorrichtung gespeichert ist.
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Der Schritt des wiederholten Schließens und
Wiederöffnens
des Weges umfaßt
vorzugsweise den Schritt, daß vor
jeder Wiederholung des Schließens
und Wiederöffnens
bestimmt wird, ob eine nächste
Wiederholung, wenn diese ausgeführt
wird, so daß das
Wiederöffnen
lang genug ist, um die vorbestimmte Energiemenge im wesentlichen
vollständig
durch die Sekundärseite
hindurch zu entladen, es erfordern würde, die nächste Wiederholung über eine
vorbestimmte gewünschte
Zünddauer
hinaus auszudehnen, während
der es erwünscht
ist, daß ein
Funken an der Zündkerze
vorhanden ist. Zusätzlich
umfaßt
das Verfahren vorzugsweise den Schritt, daß der Weg für eine Zeitdauer geöffnet wird,
die lang genug ist, damit die vorbestimmte Energiemenge im wesentlichen
vollständig
durch die Sekundärseite
hindurch entladen wird, wenn bestimmt wird, daß sich die nächste Wiederholung über die
vorbestimmte Sollzündauer
hinaus erstrecken würde.
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Durch die vorliegende Erfindung wird
auch ein Verbrennungsmotor mit einer Zeitgebungsteuereinheit, einer
Vielzahl von Brennkammern und zumindest einer Zündkerze in jeder Brennkammer
bereitgestellt, wobei ein Mehrfachladezündsystem mit jeder Zündkerze
und auch mit der Zeitgebungssteuereinheit verbunden ist. Das Mehrfachladezündsystem
umfaßt
eine induktive Energiespeichervorrichtung für jede Brennkammer und eine
elektronische Zündschaltung
für jede
Brennkammer. Jede induktive Energiespeichervorrichtung weist Primär- und Sekundärseiten
auf, die induktiv aneinander gekoppelt sind. Jede elektronische
Zündschaltung
ist mit einer jeweiligen Primärseite
einer jeweiligen induktiven Energiespeichervorrichtung verbunden
und ist derart ausgebildet, daß sie
von der Zeitgebungssteuereinheit ein jeweiliges Zeitgebungssignal
empfängt,
das anzeigt, wann ein Zünden
einer jeweiligen Zündkerze
beginnen soll. Jede elektronische Zündschaltung spricht auf ihr
jeweiliges Zeitgebungssignal an, indem sie ihre jeweilige induktive
Energiespeichervorrichtung dadurch auflädt, daß ein elektrischer Strom durch
die Primärseite
derselben hin durch fließen
gelassen wird, bis eine vorbestimmte Energiemenge in dieser gespeichert
ist. Jede elektronische Zündschaltung
ist ferner derart ausgebildet, daß sie einen Teil der vorbestimmten
Energiemenge durch die Sekundärseite
ihrer jeweiligen induktiven Energiespeichervorrichtung hindurch
entlädt,
indem ein Weg des elektrischen Stromes durch die Primärseite hindurch
bei Erreichen der vorbestimmten Energiemenge in der jeweiligen induktiven
Energiespeichervorrichtung geöffnet
wird. Jede elektronische Zündschaltung
ist ferner derart ausgebildet, daß sie wiederholt den Weg schließt und wieder öffnet, um
ihre jeweilige induktive Energiespeichervorrichtung wiederaufzuladen bzw.
teilweise zu entladen. Jede elektronische Zündschaltung ist ferner derart
eingerichtet, daß ein
Wiederöffnen
des Weges auf der Grundlage der Energiemenge ausgelöst wird,
die in der induktiven Energiespeichervorrichtung gespeichert ist.
Die Zündschaltung
ist ferner derart ausgebildet, daß sie die Abfolge des Wiederaufladens
und teilweisen Entladens der induktiven Energiespeichervorrichtung
auf der Grundlage des jeweiligen Zeitgebungssignals und ohne andere
den Kurbelwinkel anzeigende Signale zu erfordern beendet.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft
anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser ist:
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1 ein
Zeitablaufdiagramm eines Mehrfachladeverfahrens gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ein
Blockdiagramm eines Mehrfachladezündsystems gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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3 ein
Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels,
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4 ein
schematisches Diagramm eines EPROM und eines Teils seiner zugeordneten
Schaltung bei einer beispielhaften Ausführungsform des Mehrfachlade-Controllers,
der in 3 veranschaulicht
ist,
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5 ein
schematisches Diagramm eines Mehrfachladedauer-Rechners und -Zählers bei
der beispielhaften Ausführungsform,
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6 ein
schematisches Diagramm einer Spannungsversorgungsschaltung bei der
beispielhaften Ausführungsform,
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7 ein
schematisches Diagramm einer Schnittstelle bei der beispielhaften
Ausführungsform,
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8 ein
schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform
des in 3 veranschaulichten
Treiber-Arrays zeigt,
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9 ein
Flußdiagramm
eines Programms, das der EPROM in 4 ausführt, gemäß der beispielhaften
Ausführungsform,
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10 ein
Zeitablaufdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Mehrfachladeverfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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11 ein
schematisches Diagramm, das eine beispielhafte elektronische Schaltung
zeigt, die derart ausgebildet ist, daß sie den Stromfluß gemäß dem Zeitablaufdiagramm
von 10 steuert,
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12 ein
schematisches Diagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel
der in 11 veranschaulichten
Schaltung zeigt,
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13 ein
Zeitablaufdiagramm, das eine weitere alternative Ausführungsform
des Mehrfachladeverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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14 eine
graphische Darstellung, die den Prozentsatz des Gesamtenergiespeichergehaltes
in einer Zündspule über dem
Prozentsatz der Zeit zeigt, die erforderlich ist, um die Spule auf
diesen Energiepegel aufzuladen,
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15 eine
graphische Darstellung, die den Prozentsatz der Gesamtenergie, die
von einer Zündspule entladen
wird, über
dem Prozentsatz einer vollen Funkendauer zeigt,
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16 eine
graphische Darstellung der Energie, die von verschiedenen Zündsystemen
geliefert wird, als Funktion der Motordrehzahl (RPM), und
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17 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften Mehrfachladezündsystems, das mehrere elektronische
Zündschaltkreise
für Motoren
mit mehreren Brennkammern aufweist.
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Die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden in Zusammenhang mit einem Verbrennungsmotor
mit einer bestimmten Anzahl an Zylindern beschrieben. Es ist jedoch
zu verstehen, daß die
Erfindung auf Motoren mit irgendeiner Anzahl von Zylindern sowie
auf Motoren mit nichtzylindrischen Brennkammern (z.B. Umlaufmotoren)
angewandt werden kann.
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1 ist
ein Zeitablaufdiagramm eines Mehrfachladeverfahrens gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. EST in 1 bezeichnet
ein Zeitgebungssignal, das von einer Antriebsstrangsteuereinheit
(PTCU) vieler Serienfahrzeuge erzeugt wird. Das EST-Signal gibt
an, wann das nächste
Zünden
einer Zündkerze
beginnen soll. Typischerweise wird für jedes Zünden ein EST-Impuls geliefert.
Somit wird in einem Achtzylinder-Viertakt-Motor beispielsweise jedes
Paar Umdrehungen des Motors zu acht EST-Impulsen der in 1 veranschaulichten Art
führen.
Die EST-Impulse sind zeitlich getrennt und werden dazu verwendet,
ein Zündereignis
in einer oder mehreren der Brennkammern gemäß einer vorbestimmten Zündreihenfolge
auszulösen.
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Typischerweise ist die PTCU derart
programmiert, daß sie
jeden EST-Impuls
mit einer vorbestimmten Impulsbreite (oder Dauer) liefert, die die
Ladezeit einer Zündspule
oder einer anderen Zündenergiespeichervorrichtung
steuern soll. Der EST-Impuls steigt an (oder zeigt auf andere Weise
einen ersten Übergang),
wenn die PTCU bestimmt, daß das
Laden der Spule beginnen sollte, und fällt ab (oder zeigt auf andere
Weise einen zweiten Übergang),
wenn die PTCU bestimmt, daß die
Zündung
des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der jeweiligen Brennkammer beginnen
sollte. Die typische PTCU löst
deshalb jeden Funken unter Verwendung der nacheilenden Flanke (oder Übergangs)
des EST-Impulses aus.
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Statt herkömmliche PTCU zu modifizieren,
verwendet eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vielmehr die gleichen EST-Impulse, liefert
jedoch in Ansprechen auf diese ein Mehrfachladen und mehrfache Funken.
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Die mehrfachen Funken werden über eine
Zeitdauer erzeugt, während
der es erwünscht
ist, daß ein Funken
in der jeweiligen Brennkammer vorhanden ist. Es ist empirisch bestimmt
worden, daß für die meisten Verbrennungsmotoren
diese Zeitdauer der Zeit entspricht, die es dauert, damit der Motor
um ungefähr
10 bis 30 Grad dreht, und besonders bevorzugt ungefähr 20 Grad
Motordrehung. Diese Zeitdauer schwankt als Funktion der Motordrehzahl.
Bei höheren
Motordrehzahlen ist die Sollfunkendauer kürzer, weil es eine kürzere Zeit dauert,
damit der Motor um die gewünschte
Gradzahl rotiert (z.B. um ungefähr
20 Grad).
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Das DSD-Zeitablaufmuster in 1 bezeichnet die Sollfunkendauer.
Insbesondere beginnt das DSD-Zeitablaufmuster, wenn der EST-Impuls
abfällt.
Die Sollfunkendauer DSD endet, nachdem der Motor sich um die Sollgradzahl
gedreht hat. 1 zeigt
auch die annähernden
primärseitigen
und sekundärseitigen
elektrischen Ströme
PI und SI in den Primär- und Sekundärseiten
(z.B. Wicklungen) einer induktiven Energiespeicher vorrichtung (z.B.
einer Zündspule)
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Im besonderen wird der anfängliche
Anstieg R im Primärstrom
PI durch den Anstieg im EST-Impuls ausgelöst. Die Rate, mit der der Primärstrom PI
ansteigt, ist eine Funktion der über
die Primärseite
hinweg angelegten Spannung sowie der Induktivität der Zündspule. Diese Rate ist ziemlich
vorhersagbar. Somit kann eine Zündspule
mit einer Charakteristik versehen werden, die es ihr ermöglicht,
eine vorbestimmte Energiemenge in Ansprechen auf das Anlegen einer
vorbestimmten Spannung für
eine vorbestimmte Zeitdauer über ihre
Primärseite
hinweg induktiv zu speichern. Die Energie wird in der Form eines
progressiv ansteigenden Magnetfeldes gespeichert, das durch den
progressiv ansteigenden Primärstrom
PI erzeugt wird. Indem die Spule derart entworfen wird, daß die vorbestimmte
Zeitdauer mit der Impulsbreite des EST-Impulses zusammenfällt, ist
es möglich,
daß die
Spule zuverlässig
eine Sollhochspannung (z.B. 35 000 Volt) über die Sekundärseite hinweg
(d.h. die Zündkerzenseite
der Spule) in Ansprechen auf eine abrupte Beendigung (die durch
den fallenden EST-Impulsausgelöst wird)
mit einer viel kleineren Spannung liefern kann, nachdem diese viel
kleinere Spannung über
die Primärseite
hinweg für
die Dauer des EST-Impulses angelegt worden ist. Die Sollhochspannung
reicht aus, um den Widerstand über
den Zündkerzenspalt
hinweg zu überwinden,
und liefert deshalb einen Funken über den Spalt hinweg. Der Funken
ist in 1 durch den
ersten plötzlichen
Anstieg SR im Sekundärstrom
SI wiedergegeben. Somit können
ein anfängliches
auf Zeit beruhendes Anlegen und abruptes Beenden von Energie über die
Primärseite
hinweg zuverlässig
einen Anfangssollstromfluß durch
die Sekundärseite
der Spule hindurch und durch den Zündkerzenspalt hindurch liefern.
-
In der Mehrfachladeumgebung der bevorzugten
Ausführungsform
wird es jedoch nicht gestattet, daß sich die induktiv gespeicherte
Energie vollständig
vor dem nächsten
Anlegen von Energie an die Primärseite entlädt. Stattdessen
wird das Entladen von Energie durch die Sekundärseite (der sekundärseitige
Stromfluß SI
durch die Zündkerze)
hindurch beendet, indem wieder Primärstrom PI angelegt wird, vorzugsweise
innerhalb ungefähr
der halben Zeit, die ein vollständiges
Entladen der Zündspule
gedauert hätte
(d.h., für
einen vollständigen
Zusammenbruch des Magnetfeldes in der Spule). Dies lädt die Zündspule
und entlädt
Energie aus der Zündspule
durch den Zündkerzenspalt
unter Verwendung des wirksamsten Teils des Lade- und Entladezyklus
auf eine vorteilhafte Weise.
-
Die Zustände innerhalb der Brennkammer
können
signifikant schwanken, wie es oben gezeigt wurde. Derartige Schwankungen
haben einen signifikanten Einfluß auf die durch den Funken
dissipierte Energiemenge. Es ist deshalb schwierig, zuverlässig vorherzusagen,
wie lange das nächste
Anlegen von Energie an die Primärseite
andauern sollte, damit es zu einer Speicherung der vorbestimmten
Energiemenge führt.
Wie es oben angegeben ist, kann es eine Schwankung von 10:1 der
durch den Funken dissipierten Energiemenge geben. Ein Wiederanlegen
der Energie an die Primärseite,
das strikt auf Zeit beruht, könnte
daher zu einem unzureichenden Wiederaufladezyklus, zu Überladen
oder zu einer ungünstigen
Verzögerung
der Lieferung des nächsten
Funkens führen.
-
Die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung löst
deshalb das Wiederöffnen
des Stromweges durch die Primärseite
auf eine auf Strom beruhende Weise aus. Wie es in 1 gezeigt ist, wird der Weg durch die
Primärseite
hindurch verschlossen, nachdem er für eine vorbestimmte Zeitdauer
T geöffnet worden
ist. Dies bewirkt, daß der
Primärstrom
PI allmählich
von einem Ausgangsstromwert CV aus ansteigt. Insbesondere ist die
vorbestimmte Zeitdauer T nicht lang genug, um irgendetwas in der
Nähe eines
vollständigen
Entladens der Spule zu liefern, und folglich ist der Ausgangsstromwert
CV signifikant größer als
Null. Die vorbestimmte Zeitdauer T ist vorzugsweise derart gewählt, daß sie nicht
mehr als die Hälfte
der Zeit beträgt, die
erforderlich ist, um ein im wesentlichen vollständiges Entladen zu erreichen.
Die Spulenkonstruktion und die damit in Beziehung stehenden Variablen
sind vorzugsweise derart gewählt,
daß die
vorbestimmte Zeitdauer ungefähr
0,15 bis 0,25 Millisekunden und insbesondere bevorzugt zwischen
ungefähr
0,15 und 0,2 Millisekunden beträgt.
-
Die Ausdrücke "Schließen" und "Öffnen", wenn sie in bezog
auf den Weg für
elektrischen Strom verwendet werden, sollen mit der Verwendung derartiger
Ausdrücke
in der Elektrotechnik in Einklang stehen. Somit gestattet ein "geschlossener" Weg einen Stromfluß, wohingegen
ein "offener" Weg einen Stromfluß durch den
offenen Teil des Weges verhindert.
-
Wenn der Primärstrom PI eine vorbestimmte
Schwelle IT erreicht, wird der Weg durch die Primärseite hindurch
wieder geöffnet.
Es ist bevorzugt, daß die
vorbestimmte Schwelle IT zwischen ungefähr 5–17 Ampere und insbesondere
bevorzugt zwischen 7 und 15 Ampere festgelegt ist. Der besondere
Amperewert ist derart gewählt,
daß das
zusammenbrechende Magnetfeld um die Primärseite herum die Sollhochspannung über die Sekundärseite hinweg
induktiv erzeugt. Diese Hochspannung (z.B. 35 000 Volt) ist genug,
um den Widerstand über
den Zündkerzenspalt
hinweg ungeachtet der Zustände
innerhalb der Brennkammer zuverlässig
zu überwinden.
Da dies wiederholt wird, werden zuverlässig mehrere Funken über den
Zündkerzenspalt
hinweg erzeugt. Dies wird durch die wiederholten Anstiege des Sekundärstroms
PI auf den Spitzenwert PV gefolgt durch Abfälle auf Zwischenwert IV über die
vorbestimmte Zeitdauer T bewiesen. Da das Fehlen einer Gesamtentladung
den Wirkungsgrad des Lade- und Entladezyklus erhöht, kann die anwachsende Zeit,
während
der ein Funken vorhanden ist, optimiert werden. Dies gestaltet wiederum
den Verbrennungsprozeß innerhalb
der Brennkammer zuverlässiger.
-
Während
es möglich
ist, die Wiederholungen des Schließens und Wiederöffnens des
Stromweges durch die Primärseite
hindurch zu beenden, indem zugelassen wird, daß sich die Spule vollständig entlädt, wenn
bestimmt wird, daß der
Motor sich um eine vorbestimmte Gradzahl (z.B. 20 Grad) gedreht
hat, könnte eine
derartige Anordnung zu einem Zünden
nach der Sollfunkendauer DSD führen.
Wenn beispielsweise der Weg durch die Primärseite unmittelbar vor dem
Ende der Sollfunkendauer (DSD) geschlossen wird, würde das Laden
der Spule nicht enden, bis die vorbestimmte Stromschwelle IT eine
gewisse Zeit danach erreicht wird. Das vollständige Entladen der Spule würde deshalb
signifikant später
als das Ende der Sollfunkendauer (DSP) auftreten.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt
deshalb den Schritt, das vor jeder Wiederholung des Schließens und
Wiederöffnens
des Stromweges durch die Primärseite
hindurch bestimmt wird, ob eine nächste Wiederholung, wenn sie
ausgeführt
wird, so daß sich
die Energie in der Spule vollständig
durch die Sekundärseite
hindurch entlädt,
es erfordern würde,
daß sich
die nächste
Wiederholung über
die Sollfunkendauer DSD hinaus erstreckt. Wenn diese Bestimmung
ein bestätigendes
Ergebnis ergibt, wird das gegenwärtige
Wiederöffnen
des Stromweges durch die Primärseite
hindurch für
eine Zeitdauer durchgeführt,
die lang genug ist, damit die vorbestimmte Energiemenge vollständig durch
die Sekundärseite
hindurch entladen wird. Das abschließende Entladen der Spule tritt
deshalb mehr gleichzeitig mit dem Ende der Sollfunkendauer (DSD)
auf.
-
Da die Sollfunkendauer (DSD) in Zeiteinheiten
(im Gegensatz zu Gradeinheiten der Motordrehung) als Funktion der
Motordrehzahl schwankt, sollte die vorstehende Bestimmung ungeachtet
der Dauer des letzten Wiederauflade- und Entladezyklus nicht allein
auf einer konstanten (voreingestellten) Funkendauerzeit beruhen.
Sie sollte auch nicht allein auf einer konstanten "voreingestellten" Mehrfachladezeit
beruhen (d.h., eine andere, sich niemals ändernde Dauer der vorstehend
erwähnten
Wiederholungen, als die Wiederholung, die zu einem vollständigen Entladen
der Spule führt).
Stattdessen sollten die Mehrfachladedauer, die in 1 als MCD bezeichnet ist, und die Sollfunkendauer
(DSD) so eingestellt werden, wie die Motordrehzahl schwankt.
-
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
wird deshalb Information hinsichtlich der Zeit, die die letzten
beiden EST-Impulse trennt, um einen Faktor herunterskaliert, der
der Sollgradzahl der Motordrehung entspricht, über die die Anwesenheit des
Funkens erwünscht
ist, und diese herunterskalierte Zeit wird dazu verwendet, die gegenwärtige Mehrfachladedauer
MCD vorherzusagen. Dieser Aspekt der bevorzugten Ausführungsform
zieht Nutzen aus der Tatsache, daß die Motordrehzahl vom Zünden des
einen Zylinders zum nächsten
nicht signifikant schwanken wird. Die vorausgehende Zeit zwischen
den EST-Impulsen ist deshalb eine gute Angabe der Zeit, die es dauert,
damit der Motor sich um die vorbestimmte Gradzahl (z.B. ungefähr 20 Grad)
dreht.
-
Der Skalierwert selbst hängt von
der vorbestimmten Gradzahl der Motordrehung ab. Wenn jede Brennkammer
(oder Zylinder) ihren eigenen EST-Impuls enthält, und die Zeit zwischen derartigen
individualisierten EST-Impulsen verwendet wird, ist dann der Skalierwert
einfach die vorbestimmte Gradzahl dividiert durch 720 (die Gradzahl
der Motordrehung zwischen aufeinanderfolgenden EST-Impulsen für einen
Zylinder). Der Skalierfaktor für
20 Grad Motordrehung beträgt
deshalb 1/36.
-
Wenn im Gegensatz dazu die Zeit zwischen
aufeinanderfolgenden EST-Impulsen
zwischen den EST-Impulsen, die das Zünden von nicht nur den gleichen,
sondern unterschiedlichen Brennkammern steuert, gemessen wird, wird
dann der Skalierwert auch von der Brennkammerzahl (oder Zylinderzahl)
abhängen.
Im besonderen wird der Skalierwert die Gradzahl mal der Zylinderzahl
dividiert durch 720 sein. Somit wird für einen Achtzylindermotor beispielsweise
der Skalierfaktor 20 mal 8 dividiert durch 720 (oder 2 / 9) betragen.
-
Da manche PTCU nacheinander die EST-Impulse
für alle
Brennkammern (oder Zylinder) auf der gleichen EST-Leitung anlegen,
zeigt die folgende Tabelle die Gradzahl der Motordrehung, die den
angegebenen Skalierfaktoren für
herkömmliche
4-Zylinder-, 6-Zylinder- und 8-Zylinder-Motoren zugeordnet ist:
-
Die Skalierung der Zeit zwischen
EST-Impulsen liefert dadurch eine zuverlässige Vorhersage der tatsächlichen
Zünddauer
in Zeiteinheiten, die erforderlich ist, um ein Zünden während der vorbestimmten Gradzahl
der Motordrehung (z.B. ungefähr
20 Grad) zu liefern. Diese Vorhersage der tatsächlichen Zündzeit kann dann dazu verwendet
werden, das Ende der Mehrfachladedauer MCD zu bestimmen. Diese Bestimmung
kann insbesondere unter Verwendung von Information im Hinblick darauf
vorgenommen werden, wie lange der abschließende "Wiederaufladen- und Vollständiges-Entladen"-Zyklus in einem
unmittelbar vorhergehenden Zündzyklus
dauerte. Diese Information liefert eine zuverlässige Vorhersage davon, wie
lange der anstehende abschließende "Wiederaufladen- und
Vollständiges-Entladen"-Zyklus dauern wird.
Daher wird die Dauer des vorhergehenden abschließenden Wiederaufladen- und
Vollständiges-Entladen-Zyklus
von der vorhergesagten Dauer des Funkens in Zeiteinheiten, die bestimmt
wurde, indem die Zeit zwischen EST-Impulsen skaliert wurde, subtrahiert
(oder mit negativen Vorzeichen versehen und addiert).
-
Am Ende der vorhergesagten Mehrfachladedauer
MCD wird verhindert, daß der
Stromweg durch die Primärseite
der Zündspule
hindurch Teilentladungen durchführt.
Insbesondere wird, sobald die vorbestimmte Stromschwelle IT erreicht
ist, der Weg durch die Primärseite
hindurch geöffnet, jedoch
nicht innerhalb der Zeitdauer T wieder geschlossen. Der abschließende Wiederauflade-
und Entlade-Zyklus führt
deshalb zu einem vollständigen
Entladen der Energie in der Spule. Insbesondere endet diese abschließende Wiederauflade-
und Entladeabfolge sehr nahe am Ende der Sollfunkendauer DSD und
somit sehr nahe am Ende des Sollausmaßes der Motordrehung. Die Spulenkonstruktion
und damit in Beziehung stehenden Variablen sind vorzugsweise derart
gewählt,
daß ein
vollständiges
Entladen der Spule ungefähr
0,5 Millisekunden dauert.
-
Während 1 eine einzige Zündabfolge
zeigt, die während
eines Arbeitstaktes in einer Brennkammer auftritt, ist festzustellen,
daß die
veranschaulichte Zündabfolge
für jeden
Arbeitstakt der gleichen Brennkammer sowie die Arbeitstakte von
irgendwelchen anderen Brennkammern wiederholt werden kann. Die EST-Impulse,
die die verschiedenen Zündabfolgen
auslösen,
können
parallel für
jede einzelne Brennkammer oder alternativ nacheinander auf der gleichen
EST-Leitung geliefert werden. Die sequentielle Ausgestaltung kann
beispielsweise ausgeführt
werden, indem ein geeignetes Verteilungsmittel vorgesehen wird,
das in der Lage ist, jeden EST-Impuls oder die dadurch ausgelöste Energie
auf die geeignete(n) Brennkammer(n) zu verteilen, die diesem besonderen
EST-Impuls zugeordnet ist/sind.
-
2 veranschaulicht
ein beispielhaftes Mehrfachladezündsystem 20,
das in der Lage ist, die vorstehende bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durchzuführen. System 20 umfaßt eine
induktive Energiespeichervorrichtung 22 und eine elektronische
Zündschaltung 24.
Das Mehrfachladezündsystem 20 kann
mit einer Zündkerze 26 eines
Verbrennungsmotors verbunden sein. Die induktive Energiespeichervorrichtung
22 des
Systems 20 weist Primär-
und Sekundärseiten 28, 30 auf,
die induktiv aneinander gekoppelt sind. Da die induktive Energiespeichervorrichtung 22 typischerweise
eine Zündspule
umfassen wird, werden die Primär-
und Sekundärseiten
typischerweise durch die Wicklungen der Zündspule definiert sein.
-
Die elektronische Zündschaltung 24 ist
mit der Primärseite 28 verbunden.
Sie ist derart ausgebildet, daß sie
ein Zeitgebungssignal 32 empfängt (z.B., EST-Impulse von
der PTCU 34), die anzeigen, wann ein Zünden der Zündkerze 26 beginnen
soll, und auf dieses Zeitgebungssignal anspricht, indem die induktive
Energiespeichervorrichtung 22 geladen wird. In dem Fall
einer Zündspule
wird das Laden erreicht, indem ein elektrischer Strom durch die
Primärwicklung
hindurch fließen
gelassen wird, bis eine vorbestimmte Energiemenge in der Zündspule
gespeichert ist (z.B. bis eine vorbestimmte Menge an Stromfluß durch
die Primärwicklung hindurch
hergestellt ist).
-
Die elektronische Zündschaltung 24 ist
ferner derart ausgebildet, daß sie
einen Teil der vorbestimmten Energiemenge durch die Sekundärseite 30 hindurch
entlädt,
indem der Weg des elektrischen Stromes durch die Primärseite 28 hindurch
geöffnet
wird. Insbesondere wird der Stromweg durch die Primärseite 28 hindurch bei
Erreichen der vorbestimmten Energiemenge in der induktiven Energiespeichervorrichtung 22 geöffnet. Dies
kann von der elektronischen Zündschaltung 24 auf
der Grundlage des Zeitgebungssignals 32 bestimmt werden.
Das Zeitgebungssignal 32 (z.B. der EST-Impuls) wird, wie
es oben angegeben ist, typischerweise zwei Übergänge für jeden Arbeitstakt zeigen.
Der erste Übergang
kennzeichnet, wann ein Laden der induktiven Energiespeichervorrichtung 22 beginnen soll,
wohingegen der zweite Übergang
zeitlich von dem ersten Übergang
beabstandet ist, so daß,
wenn ein Laden der induktiven Energiespeichervorrichtung 22 in
Ansprechen auf den ersten Übergang
beginnt, der zweite Übergang
in einem Moment auftreten wird, wenn die vorbestimmte Energiemenge
in der induktiven Energiespeicherevorrichtung 22 angesammelt
worden ist. Der Weg durch die Primärseite 28 hindurch
wird deshalb anfänglich
durch die elektronische Zündschaltung 24 in
Ansprechen auf den zweiten Übergang
geöffnet.
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Die Fähigkeit, ein Zeitgebungssignal
zu liefern, das zuverlässig
dieser Ladezeit entspricht, wird durch die Vorhersagbarkeit der
Ladezeit während
des anfänglichen
Ladeprozesses erleichtert. Insbesondere beginnt der anfängliche
Ladeprozeß von
einem Nullenergiezustand (z.B. Stromfluß von Null) in der Spule. Es
gibt folglich wenig, wenn überhaupt,
Unsicherheit hinsichtlich dessen, wie lange es dauern wird, um die
vorbestimmte Energiemenge in der induktiven Energiespeichervorrichtung 22 anzusammeln.
-
Die elektronische Zündschaltung 24 ist
deshalb derart ausgebildet, daß sie
auf den zweiten Übergang in
dem Zeitgebungssignal 32 anspricht (z.B. die nacheilende
Flanke des EST-Impulses), indem der Stromweg durch die Primärseite 28 hindurch
geöffnet
wird, und zugelassen wird, daß die
Energie teilweise durch die Sekundärseite 30 hindurch
entladen wird. Dadurch, daß diese
Teilentladung vorgesehen wird, hält
die elektronische Zündschaltung 24 vorzugsweise
den Weg für
nicht mehr als die Hälfte
der Zeit offen, die erforderlich ist, damit das Magnetfeld in der
Zündspule
vollständig
zusammenbricht. Wie es oben angegeben ist, stellt dies sicher, daß die anfängliche
Teilentladung unter Verwendung von nur dem wirksamsten Teil des
vollständigen Entladeprozesses
durchgeführt
wird.
-
Die elektronische Zündschaltung 24 ist
auch derart ausgebildet, daß sie
den Weg wiederholt schließt und
wieder öffnet,
um die induktive Energiespeichervorrichtung 22 wiederaufzuladen
bzw. teilweise zu entladen. Jedes Wiederöffnen des Weges des elektrischen
Stromes durch die Primärseite 28 hindurch
durch die elektronische Zündschaltung 24 wird
vorzugsweise auf der Grundlage der Energiemenge ausgelöst, die
in der induktiven Energiespeichervorrichtung 22 gespeichert
ist. Da diese Energiemenge proportional zur Strommenge ist, die
durch die Primärseite 28 hindurchfließt, kann
die elektronische Zündschaltung 24 das
auf Energie beruhende Auslösen
erreichen, indem sie den Weg in Ansprechen auf das Detektieren einer
vorbestimmten Strommenge, die durch die Primärseite 28 hindurchfließt, wieder öffnet. Die
vorbestimmte Strommenge ist vorzugsweise ein Stromwert zwischen
5 und 17 Ampere, bevorzugt zwischen 5 und 15 Ampere und insbesondere bevorzugt
zwischen 5 und 10 Ampere.
-
Während
eine Stromdetektion beschrieben worden ist, ist einzusehen, daß eine Spannungsdetektion auch
bis zu dem Ausmaß verwendet
werden kann, indem die detektierte Spannung Strom anzeigt. Die Spannung über einen
Widerstand hinweg, durch den der Strom fließt, gibt beispielsweise den
Wert des Stromes an, der durch den Widerstand hindurchfließt. Dieser
Zusammenhang, der gemeinhin als ohmsches Gesetz bezeichnet wird,
ist V = IR (wobei V die Spannung ist, I der Strom ist und R der
Widerstand ist).
-
Während
jeder Iteration des sich wiederholenden Schließen- und Wiederöffnen-Zyklus
wird der Weg durch die elektronische Zündschaltung 24 hindurch
für eine
vorbestimmte Zeitdauer, vorzugsweise zwischen unge fähr 0,15
und 0,2 Millisekunden, geöffnet.
Diese Zeitdauer T stellt die Zeit dar, während der die induktive Energiespeichervorrichtung 22 genug
Energie durch ihre Sekundärseite 30 hindurch
teilweise entlädt,
um einen Funken an der Zündkerze 26 zu
erzeugen. Vorzugsweise ist die vorbestimmte Zeitdauer auch derart
gewählt,
daß der
Weg für
nicht mehr als die Hälfte
der Zeit offen ist, die es dauern würde, damit die gesamte vorbestimmte
Energiemenge durch die Sekundärseite 30 hindurch
vollständig
entladen wird. Dies gilt für
alle Wiederholungen mit der Ausnahme der letzten in der Mehrfachladeabfolge.
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Wenn der Weg für die letzte Wiederholung in
einer Sollfunkendauer offen ist, hält die elektronische Zündschaltung 24 den
Weg lange genug offen, damit die gesamte Energie in der induktiven
Energiespeichervorrichtung 22 sich durch die Sekundärseite 30 hindurch
entlädt.
Die abschließende
Wiederholung entlädt
deshalb die Energiespeichervorrichtung 22 vollständig.
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Insbesondere kann die elektronische
Zündschaltung 24 derart
ausgebildet sein, daß sie
vor jeder Wiederholung eines Schließen- und Wiederöffnen-Zyklus bestimmt,
ob eine nächste
Wiederholung, wenn sie ausgeführt
wird, so daß das
Wiederöffnen
lang genug ist, um die vorbestimmte Energiemenge im wesentlichen vollständig durch
die Sekundärseite 30 hindurch
zu entladen, es erfordern würde,
daß die
nächste
Wiederholung sich über
die vorbestimmte Sollfunkendauer DSD hinaus erstreckt. Auf der Grundlage
des Ergebnisses dieser Bestimmung steuert die elektronische Zündschaltung 24,
wie lange der Weg offen bleiben wird. Insbesondere ist die elektronische
Zündschaltung 24 derart
ausgebildet, daß sie
den Weg für
eine Zeitdauer öffnet, die
lang genug ist, damit die vorbestimmte Energiemenge jedesmal dann
im wesentlichen vollständig
durch die Sekundärseite 30 hindurch
entladen wird, wenn bestimmt wird, daß die nächste Wiederholung sich über die
vorbestimmte Sollfunkendauer DSD hinaus erstrecken würde.
-
Die elektronische Zündschaltung 24 ist
vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie diese Bestimmung im Hinblick
auf die nächste
Wiederholung auf der Grundlage davon vornimmt, wie lange es dauerte,
einen vorhergehenden Zyklus des Schließens des Weges, des Öffnens des
Weges und des Offenhaltens des Weges über eine Zeit, die lang genug
ist, damit die vorbestimmte Energiemenge im wesentlichen vollständig durch
die Sekundärseite 30 hindurch
entladen wird, abzuschließen.
Der vorhergehende Zyklus, auf dem diese Bestimmung beruht, kann
der gleichen oder einer verschiedenen Brennkammer zugeordnet sein.
-
Die elektronische Zündschaltung 24 selbst
kann unter Verwendung vieler Kombinationen von analoger Schaltung,
Hardware, Firmware und/oder Software ausgeführt werden. Derartige Kombinationen
können
programmiert oder auf andere Weise konfiguriert werden, um die vorstehend
erwähnten
Funktionen durchzuführen.
-
Eine beispielhafte Anordnung für einen
Motor mit mehreren Brennkammern umfaßt eine Zündspule für jede Brennkammer und einen
einzigen elektronischen Zündschaltkreis,
der in der Lage ist, die oben beschriebenen Funktionen in Verbindung
mit der elektronischen Zündschaltung 24 bereitzustellen.
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3 veranschaulicht
eine beispielhafte Ausführungsform
einer derartigen Anordnung. Die beispielhafte Ausführungsform
ist für
einen Vier-Zylinder-Motor
vorgesehen. Ein Fachmann hätte
jedoch kein Problem, die Lehren in der folgenden Beschreibung der
beispielhaften Ausführungsform
auf Motoren mit einer unterschiedlichen Zahl von Zylindern oder
Brennkammern auszudehnen.
-
Das beispielhafte Mehrfachladezündsystem 50 in 3 umfaßt einen EST-Separator 52,
einen Mehrfachlade-Controller 54, der ausgebildet ist,
um die oben beschriebenen Funktionen in Verbindung mit der elektronischen
Zündschaltung 24 durchzuführen, und
ein Treiber-Array 56. Der EST-Separator 52 ist
in 3 enthalten, weil
angenommen wird, daß die
PTCU alle EST-Impulse nacheinander auf der gleichen EST-Leitung liefert.
Wenn stattdessen die EST-Impulse parallel oder auf andere Weise
geliefert werden und bereits für
jede Brennkammer oder Gruppe von diesen getrennt worden sind, kann
der EST-Separator 52 beseitigt werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel ist jede Brennkammer
mit ihrer eigenen Spule 58 und ihrer eigenen Zündkerze 60 versehen.
Vorzugsweise ist jede Spule 58 eine Ion-Sense-Spule. Das
Treiber-Array 56 ist mit den Spulen 58 verbunden
und steuert das Anlegen von Strom durch deren Primärwicklungen.
Insbesondere stellt das Treiber-Array 56 diese Steuerung
in Ansprechen auf Signale von dem EST-Separator 52 und
dem Mehrfachlade-Controller 54 bereit. Die Signale von
dem EST-Separator 52 bestimmen, welche der Spulen 58 aktiv
ist, und die Signale von dem Mehrfachlade-Controller 54 steuern,
wie lange jede Spule 58 aktiviert ist.
-
Der EST-Separator 52 stellt
vier Ausgangsleitungen 62 für das Treiber-Array 56 bereit.
Jede Ausgangsleitung 62 transportiert den EST-Impuls für eine der
Brennkammern. Der EST-Separator 52 nimmt deshalb den ersten
EST-Impuls von der PTCU und schickt ihn die erste Ausgangsleitung 62 hinunter,
er nimmt den zweiten EST-Impuls von der PTCU und überträgt ihn die
zweite Ausgangsleitung 62 hinunter, usw.. Die getrennten
EST-Impulse werden auch an den Mehrfachlade-Controller 54 angelegt,
bei dem sie miteinander verODERt werden. Alternativ können die
EST-Impulse von der PTCU direkt an den Mehrfachlade-Controller 54 angelegt
werden.
-
Der Mehrfachlade-Controller 54 empfängt vorzugsweise
Rückkopplungssignale 66 von
den Primärseiten
der Spulen 58, die anzeigen, wann jedes Zündereignis
beendet ist. Zusätzlich
wird dem Mehrfachlade-Controller 54 ein I-Erfassungssignal 68 geliefert,
um anzuzeigen, wieviel Strom durch die Primärseite von irgendeiner aktivierten
Spule 58 hindurchfließt.
-
Der Mehrfachlade-Controller 54 kann
unter Verwendung vieler unterschiedlicher Schaltkreise ausgeführt sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform
des Mehrfachlade-Controllers 54 umfaßt jedoch eine Zustandsmaschine,
die programmiert oder auf andere Weise geeignet konfiguriert ist,
um die oben in bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Funktionen
auszuführen.
Ein geeignet programmierter EPROM (elektrisch programmierbarer Festwertspeicher)
kann beispielsweise als die Zustandsmaschine verwendet werden. Der Mehrfachlade-Controller 54 kann
auch unter Verwendung einer geeignet programmierten ASIC (anwendungsspezifische
integrierte Schaltung) ausgeführt
sein.
-
Die 4 – 7 veranschaulichen eine
beispielhafte, auf einem EPROM beruhende Ausführungsform des Mehrfachlade-Controllers 54,
wohingegen 8 ein beispielhaftes
Treiber-Array 56 zur Verwendung in Verbindung mit der beispielhaften,
auf einem EPROM beruhenden Ausführungsform
veranschaulicht. Genauer veranschaulicht 4 einen geeignet programmierten EPROM 100 und
einiges von seiner zugeordneten Schaltung. 5 veranschaulicht einen Mehrfachladedauer-Rechner
und -Zähler,
den der EPROM 100 dazu verwendet, zu bestimmen, wann die
Mehrfachladedauer endet. 6 veranschaulicht
eine Spannungsversorgungsschaltung für die auf dem EPROM beruhende
Ausführung. 7 veranschaulicht eine.
Schnittstelle der auf dem EPROM beruhenden Ausführungsform.
-
Die Schnittstelle in 7 ist derart ausgebildet, daß sie den
EPROM 100 mit Eingangssignalen versorgt, die anzeigen,
ob der Funken an der Zündkerze
ausgegangen ist (d.h. ein Signal FUNKEN AUS), ob der Strom durch
eine Primärwicklung
eine vorbestimmte minimale Amperezahl (z.B. 15 Ampere) überschritten
hat (d.h., ein Signal MINIMALSTROM ERREICHT), und ob der Strom durch
die Primärwicklung
hindurch eine vorbestimmte maximale Amperezahl (z.B. 20) überschritten
hat (d.h. ein Signal MAXIMALSTROM ERREICHT).
-
Die folgende Tabelle bringt die Bezugszeichen
der verschiedenen Logikbauelemente in den
4 –
8 mit den allgemein bekannten
Zahlenbezeichnungen von bestimmten beispielhaften integrierten Chips
(IC) in Beziehung, die dazu verwendet werden können, derartige Bauelemente
zu implementieren. Die Zahlenbezeichnungen stimmen mit den von National
Semiconductor Corporation, einem Lieferanten derartiger IC, veröffentlichten Bezeichnungen überein. Die folgende Tabelle
gibt auch an, welche Pins der jeweiligen IC an Masse angeschlossen
sind, welche an eine +5V-Gleichspannung
angeschlossen sind, und welche an eine +14V-Gleichspannung angeschlossen
sind. Die anderen relevanten Pinanschluß sind in den
5 –
8 unter Verwendung der Pinbezeichnungen
gezeigt, die in der Technik für
jeden der beispielhaften IC allgemein bekannt sind:
-
Der EPROM 100 umfaßt zwölf Adreßanschlüsse A0 – A11 und
vier Ausgangsanschlüsse
O4 – O7.
Auf den Adreßanschluß A5 werden
die verODERten EST-Impulsen von dem EST-Separator 52 aufgeschaltet. Dies
ermöglicht
es dem EPROM 100, zu detektieren, wann der EST-Impuls Übergänge von
high nach low oder von low nach high erfährt.
-
Der EPROM 100 ist derart
programmiert, daß er
als Zustandsmaschine arbeitet. Abhängig vom Zustand der Signale
an den Adreßanschlüssen A0 – A11 geht
der EPROM 100 von einem Zustand zum nächsten über, wobei jeder Zustand durch
eine Binärzahl
repräsentiert
ist, die der EPROM 100 an den Ausgangsanschlüssen O4 – O7 setzt.
-
Auf die Adreßanschlüsse A0 – A4 werden ein Signal FUNKEN
AUS, ein Signal HIGH, WENN MEHRFACHLADEDAUER ZU ENDE, ein Signal
FUNKENDAUER ZU ENDE, das Signal MAXIMALSTROM ERREICHT und bzw. das
Signal MINIMALSTROM ERREICHT aufgeschaltet. Auf die Adreßanschlüsse A6 und A7
werden ein Signal MAXIMALLADEZEIT bzw. ein Signal NULL-MARKIERUNG
aufgeschaltet.
-
Die Ausgangsanschlüsse O4 – O7 sind
mit den jeweiligen Datenanschlüssen
D0 – D4
einer Kippstufe 114 verbunden. Die entsprechenden Ausgänge Q0 – Q3 von
der Kippstufe 114 werden als Eingänge in die jeweiligen Adreßanschlüsse A8 – A11 rückgekoppelt.
Die Kippstufe 114 hält
den Zustand der Zustandsmaschine für eine vorbestimmte Zeitdauer.
-
Mit den Ausgängen Q0 – Q3 der Kippstufe 114 ist
der BCD-Dezimal-Decodierer 130 verbunden. Der Decodierer 130 empfängt den
Binärcode,
der den gegenwärtigen
Zustand darstellt, und liefert in Ansprechen darauf ein High-Signal
auf einem seiner Ausgänge
Q1 – Q9.
Jedes High-Signal wird dann dazu verwendet, ein Ereignis oder einen
Betrieb auszulösen,
der von dem besonderen Zustand vorgeschrieben wird. Diese High-Signale
arbeiten deshalb als Steuersignale für den Zündungsprozeß, der von der beispielhaften
Ausführungsform
ausgeführt
wird. Da einige der Steuersignale in mehr als einem Zustand erforderlich
sind, werden manche der Ausgänge
Q1 – Q9
aus dem Decodierer 130 unter Verwendung von ODER-Gattern
von dem vorstehend erwähnten
Vierfach-ODER-Gatter 132 logisch verODERt.
-
Die beispielhafte Ausführungsform
umfaßt
auch einen Taktimpulsgenerator 150. Der Taktimpulsgenerator 150 umfaßt eine
Primärstufe 152 und eine
Sekundärstufe 154.
Die Primärstufe 152 umfaßt einen
1 MHz-Oszillator,
die Inverter 119 und herkömmliche Signalaufbereitungswiderstände R1,
R2 und Kondensatoren C1, C2. Die Widerstände R1 und R2 weisen jeweils
Widerstände
von ungefähr
2,2 MOhm bzw. 1 kOhm auf. Jeder der Kondensatoren C1, C2 weist eine
Kapazität
von ungefähr
47 pFarad auf. Das Taktsignal, das von der Primärstufe 152 ausgegeben
wird, wird an den Taktanschluß der
Kippstufe 114 angelegt. Es wird auch an die Sekundärstufe 154 angelegt.
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Die Sekundärstufe 154 spricht
auf das Taktsignal an, das von der Primärstufe 152 ausgegeben
wird, und umfaßt
Frequenzteilungselemente, die derart ausgebildet sind, daß sie ein
100-kHz-Taktsignal und ein 5 Millisekunden Taktsignal in Ansprechen
auf das Taktsignal liefern, das von der Primärstufe 152 ausgegeben wird.
Die Frequenzteilungselemente sind unter Verwendung der vorstehend
erwähnten
Doppel-Synchron-Aufwärtszähler 118 und 133 vorgesehen.
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Das 100-kHz-Taktsignal wird auf einen
Funkendauer-Zähler 160 aufgeschaltet.
Der Funkendauer-Zähler 160 bestimmt,
wieviel Zeit zwischen dem Öffnen
des Stromweges durch die Primärwicklung
hindurch bei Beginn einer Teilentladung und beim Schließen des
gleichen Weges am Ende einer Teilentladung verstreichen wird. Dies
entspricht der vorstehend erwähnten
vorbestimmten Zeitdauer T.
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Der Funkendauer-Zähler 160 ist ein Zwei-Stellen-Zähler, der
durch die Kombination aus den einzelnen Binär-Aufwärts-/Abwärts-Zählern 115 und 116 und
dem NAND-Gatter 112 definiert ist. Eine geeignete Anordnung
von Schaltern und Pull-Down-Widerständen SR ist an den Vorein stellungsanschlüssen P0 – P3 jedes Zählers 115, 116 vorgesehen.
Die Schalter können
dazu verwendet werden, eine voreingestellte niedrigstwertige Stelle
(least significant digit) und eine voreingestellte höchstwertige
Stelle (most significant digit) zu liefern. Die Kombination der
niedrigst- und höchstwerigen
Stellen definiert den Ausgangspunkt des Zählbetriebes, der von dem Funkendauer-Zähler 160 durchgeführt wird.
Dieser Ausgangspunkt ist derart gewählt, daß, nachdem das Zählen beginnt,
es eine vorbestimmte Zeitdauer T für den Zähler 115 dauert, ein Übertragssignal
an seinem Übertragsanschluß zu erzeugen.
Da das Zählen
durch den Funkendauer-Zähler 160 beginnt,
sobald der Stromweg durch die Primärwicklung hindurch geöffnet ist,
dient das Übertragssignal
als das vorstehend erwähnte
Signal FUNKENDAUER ZU ENDE. Es wird deshalb an den A2-Adreßanschluß des EPROM 100 angelegt.
Das Signal FUNKENDAUER ZU ENDE zeigt dadurch dem EPROM 100 an,
wann die vorbestimmte Zeitdauer T seit dem Öffnen des Stromweges durch
die Primärwicklung
hindurch verstrichen ist.
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Die Schalter sind vorzugsweise Drehschalter,
DIP-Schalter oder dergleichen. Durch selektives Setzen der Schalter,
die die niedrigst- and höchstwertigen
Stellen bestimmen, ist es möglich,
die vorbestimmte Zeitdauer T einzustellen, die durch den Funkendauer-Zähler 160 bereitgestellt
wird. Somit können Änderungen
der Systemkonstruktion sowie Schwankungen in der Energiemenge, die
während
jeder der Teilentladungen der Spule entladen wird, durch die beispielhafte
Ausführungsform
auf herkömmliche
Weise aufgenommen werden.
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4 ist
auch ein EINSCHALT-Rücksetzungsschaltkreis 170 veranschaulicht.
Der EINSCHALT-Rücksetzungsschaltkreis 170 umfaßt einen
RC- Schaltkreis 172,
der mit dem Eingang des vorstehend erwähnten Puffers 117 verbunden
ist. Der RC-Schaltkreis 172 umfaßt einen Widerstand R3, der
einen Widerstand von ungefähr
150 kOhm aufweist, und einen Kondensator C3 mit einer Kapazität von ungefähr 0,1 Farad.
Der EINSCHALT-Rücksetzungsschaltkreis 170 ist
derart konfiguriert, daß er
jedesmal dann ein Rücksetzsignal
liefert, wenn zu Beginn die Energieversorgung des Systems zugeschaltet
wird.
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4 veranschaulicht
auch den 12-Stufen-Binärzähler 131.
Der Zähler 131 begrenzt
die Ladezeit der Spule. Insbesondere liefert der Zähler 131 das
vorstehend erwähnte
Signal MAXIMALLADEZEIT für
den EPROM 100, wenn der Stromweg durch die Primärwicklung
hindurch für
eine maximale Zeitdauer geschlossen worden ist. Wenn dies auftritt,
spricht der EPROM 100 durch Schalten in einen Zustand an,
bei dem der Stromweg durch die Primärwicklung hindurch offen ist.
Dies bewirkt wiederum, daß die
Energie in der Spule zumindest teilweise durch die geeignete Zündkerze
entladen wird.
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Die vorbestimmte Zeitdauer wird darüber bestimmt,
welcher Ausgang (Q1, Q2 ... oder Q14) von dem Zähler 131 mit dem A6-Adreßanschluß des EPROMS 100 verbunden
ist. Je höher
die Q-Zahl des Anschlusses, desto länger die Zeitdauer. Bei der
bevorzugten Ausführungsform
ist der Q9-Ausgangsanschluß des Zählers 131 mit
dem A6-Adreßanschluß verbunden,
um eine maximale Ladezeit von ungefähr 2,5 Millisekunden bereitzustellen.
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Der Zähler 131 wird automatisch
durch den Kehrwert des Signals LADEN SPULE zurückgesetzt. Insbesondere tritt
das Signal LADEN SPULE durch den invertierenden Puffer 117 hindurch,
wird von dem Puffer 117 invertiert, und die resultierende
invertierte Version des Signals LADEN SPULE wird an den Rücksetzanschluß des Zählers 131 angelegt.
Der Zähler 131 wird
deshalb jedesmal dann automatisch zurückgesetzt, wenn die Spule nicht
geladen wird.
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5 veranschaulicht
den Mehrfachladedauer-Rechner 180 und den Mehrfachladedauer-Zähler 182. Wie
es oben angegeben ist, werden der Mehrfachladedauer-Rechner 180 und
der Mehrfachladedauer-Zähler 182 von
dem EPROM 100 dazu verwendet, zu bestimmen, wann die Mehrfachladedauer
endet.
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Der Mehrfachladedauer-Rechner 180 umfaßt vorzugsweise
eine Zählwertskaliervorrichtung 184,
einen Abschlußzyklus-Zähler 186 und
einen Berechnungs-Zähler 188.
Die Zählwertskaliervorrichtung 184 umfaßt die BCD-Raten-Multiplizierer 102, 103 und
den programmierbaren Teile-durch-N-Binärzähler 104.
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Jeder der BCD-Raten-Multiplizierer 102, 103 und
der programmierbare Teile-durch-N-Binärzähler 104 ist mit einem
Satz von Pull-Down-Widerständen
und Schaltern SR (z.B. Drehschalter, DIP-Schalter und dergleichen)
verbunden. Die Schalter werden selektiv angeordnet, um einen gewünschten
Zahlencode an die Eingänge
der jeweiligen Multiplizierer 102, 103 und des
Zählers 104 zu
liefern.
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Der Zahlencode an den Eingängen in
die Multiplizierer 102, 103 bestimmt den Skalierfaktor,
der von den Multiplizierern 102, 103 geliefert
wird. Der Skalierfaktor beträgt
0, XY, wobei X (die niedrigstwertige Stelle) durch den Zahlencode
am Eingang in den Multiplizierer 102 bestimmt ist, und
Y (die höchstwertige
Stelle) durch den Zahlencode am Eingang in den Multiplizierer 103 bestimmt
ist. Die Multiplizierer 102, 103 empfangen das
100-kHz-Taktsignal
und skalieren die Taktrate durch den angegebenen Skalierfaktor.
Beispielhafte Beziehungen zwischen dem Skalierfaktor und den Graden
der Motordrehung sind in der obigen Tabelle angegeben.
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Für
eine Sollfunkendauer von 20 Grad beträgt beispielsweise der Skalierfaktor
0,11 für
einen 4-Zylinder-Motor, 0,17 für
einen 6-Zylinder-Motor und 0,22 für einen 8-Zylinder-Motor. Somit
würde für das 6-Zylinder-Beispiel der Zahlencode
an dem Multiplizierer 102 1 betragen, und der Zahlencode
an dem Multiplizierer 103 würde 7 betragen.
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Der programmierbare Teile-durch-N-Binärzähler 104 weist
jedesmal dann einen auf 1 gesetzten Eingang auf, wenn alle EST-Impulse
(d.h., die EST-Impulse
für alle
Zylinder) dem beispielhaften Mehrfachlade-Controller 54 geliefert
und verODERt werden, während
er die Zeit zwischen derartigen EST-Impulsen zählt und die Funkendauer auf
der Grundlage dieser Zählung
bestimmt. Dies ist der Fall, weil der Skalierfaktor in der obigen
Tabelle annimmt, daß alle
EST-Impulse bei der Durchführung
der Bestimmung der Funkendauer verwendet werden. Die Taktrate, die
von den Multiplizierern 102, 103 geliefert wird,
erfordert deshalb keine Frequenzkorrektur, wenn alle EST-Impulse
verwendet werden.
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In Situationen, in denen es keinen
Wunsch gibt, den Mehrfachladedauer-Rechner 180 an unterschiedliche
Zahlen von Brennkammern anpaßbar
zu gestalten, kann der geeignete Skalierfaktor aus der vorstehenden
Tabelle in die Multiplizierer 102, 103 geladen
und der Zähler 104 beseitigt
werden.
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Wenn es gewünscht wird, die EST-Impulse
von weniger als allen Zylindern zu verwenden, kann dann eine entsprechende
Korrektur in der Taktrate erreicht werden, indem der Eingang in
den Zähler 104 verändert wird.
Wenn beispielsweise die EST-Impulse von nur einem Zylinder in einem
4-Zylinder-Motor
von dem Mehrfachlade-Controller 54 verwendet werden, um
die vorstehend erwähnte
Bestimmung vorzunehmen, kann der Eingang des Zählers 104 auf eine
binäre
vier (0100) gesetzt werden, wodurch die Taktrate am "O"-Ausgang des Zählers 104 durch vier
geteilt wird. Dies kompensiert vorteilhaft die längere Zeit zwischen den aufeinanderfolgenden
EST-Impulsen. Im Zusammenhang mit 6-Zylinder-Motoren und 8-Zylinder-Motoren
können
jeweils Eingangscodes von binär
sechs (0110) bzw. binär
acht (1000) verwendet werden, um die gleiche An von Korrektur der
Taktrate vorzunehmen.
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Der Zähler 104 liefert dadurch
einen zweckmäßigen Weg
eines Anpassens des Mehrfachlade-Controllers 54 an Änderungen
darin, wie der EST-Impuls
bereitgestellt wird und wieviele Zylinder der besondere Motor aufweist.
Die Multiplizierer 102, 103 liefern gleichermaßen eine
zweckmäßige Weise
eines Festlegens der Gradzahl der Motordrehung pro Funkendauer,
wobei diese Einstellung geeignet verändert werden kann, indem lediglich
die Eingänge
in die Multiplizierer 102, 103 verändert werden
und dadurch der Skalierfaktor eingestellt wird. Die Zählwertskaliervorrichtung 184 macht
daher den Mehrfachlade-Controller 54 an viele unterschiedliche
Motor- und PTCU-Ausgestaltungen universell anpaßbar.
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Die Taktrate, die von dem Berechnungs-Zähler dafür verwendet
wird, wird von der Zählwertskaliervorrichtung 184 geeignet
skaliert. Zusätzlich
wird dem Berechnungs-Zähler 188 von
dem Abschlußzyklus-Zähler 186 eine
negative Zahl geliefert. Diese negative Zahl entspricht der Zeit,
die es dauerte (LETZTES WIEDERAUFLADEN + VOLLSTÄNDIGES ENTLADEN in 1), damit die Spule am
Ende einer vorhergehenden Zündabfolge
der gleichen oder einer verschiedenen Zündkerze wiederaufgeladen und
vollständig
entladen wurde. Der Abschlußzyklus-Zähler 186 bestimmt
diese negative Zahl durch Zählen
der Taktimpulse, die bei der Anwesenheit des Signals FREIGEBEN ZÄHLER LETZTER
ZYKLUS während
des vorhergehenden Wiederaufladen- und Vollständiges-Entladen-Zyklus auftraten.
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Der Berechnungs-Zähler 188 zählt deshalb
von der negativen Zahl (die in Ansprechen auf das Signal VOREINSTELLEN
MEHRFACHLADEDAUER-RECHNER
voreingestellt wird) mit der Rate aufwärts, die von der Zählwertskaliervorrichtung 184 bestimmt
wird. Das Ergebnis dieses Zählens
wird in den Mehrfachladedauer-Zähler 182 in
Ansprechen auf das Signal LADEN MEHRFACHLADEDAUER-ZÄHLER geladen.
Der Mehrfachladedauer-Zähler 182 wird
deshalb mit einer Zahl voreingestellt, die der geeignet herunterskalierten
Zeit zwischen EST-Impulsen (d.h., gemäß der Gradzahl der Motordrehung,
während
der ein Zünden
auftreten soll, skaliert) minus der Zeit, die es dauert, damit die
Spule wiederaufgeladen und dann vollständig entladen wird, entspricht.
Die Zeit, die durch diese voreingestellte Zahl dargestellt wird,
entspricht somit einer Vorhersage der Mehrfachladedauer MCD, die
in 1 gezeigt ist. Diese
Vorhersage ist relativ genau, weil sie auf der tatsächlichen
Zeit beruht, die während
einer vorhergehenden Abfolge eines Mehrfachladens und dann eines
vollständi gen
Entladens verstreicht, wobei sich die verstrichene Zeit von einer
Zündabfolge
zur nächsten
nicht wesentlich ändert.
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Um sicherzustellen, daß die wiederholten
Schließungen
und Wiederöffnungen
des Stromweges nicht ausgeführt
werden, wenn der Berechnungs-Zähler 188 beim
Bestimmen der gegenwärtigen
Zahl im Mehrfachladedauer-Zähler 182 keinen
Zählwert
von zumindest null erreichen konnte, ist der "NULL"-Anschluß des Berechnungs-Zählers 188 mit
dem S-Anschluß des
Flip-Flops 134 verbunden. Der Q-Anschluß des Flip-Flops 134 ist
mit dem A7-Adreßanschluß des EPROM 100 verbunden.
Dem EPROM 100 wird dadurch das vorstehend erwähnte Signal
NULL-MARKIERUNG geliefert, und er ist in der Lage, aus diesem Signal
zu bestimmen, ob das Zählen
durch den Berechnungs-Zähler 188 zumindest
null erreicht hatte (d.h., ob der Zählwert eine nicht-negative
Zahl erreicht hatte). Wenn das Zählen
nicht null erreicht hatte, schließt der EPROM 100 das
wiederholte Schließen
und Wiederöffnen
des Stromweges durch die Primärwicklung
hindurch aus, das sonst auf der Grundlage der Mehrfachladedauerperiode,
die aus einem nicht null erreichenden Zählwert abgeleitet wird, fehlerhaft
durchgeführt
worden wäre.
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Um ein Rücksetzen des Signals NULL-MARKIERUNG
zu gestatten, wird auf den R-Anschluß des Flip-Flops 134 ein
Signal RÜCKSETZEN
NULL-MARKIERUNG
aufgeschaltet, das von dem Decodierer 130 jedesmal dann
auf high gesteuert wird, wenn der entsprechende Rücksetzcode
von dem EPROM 100 an seinen Ausgangsanschlüssen O4 – O7 geliefert
wird.
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Normalerweise fährt das Zählen durch den Mehrfachladedauer-Zähler 182 in
Ansprechen auf das 100-kHz-Taktsignal fort, bis das Ende der Mehr fachladedauer
MCD (in 1 gezeigt)
erreicht ist. Am Ende der Mehrfachladedauerzählung bewirkt der Mehrfachladedauer-Zähler 182,
daß das
Signal MEHRFACHLADEDAUER ZU ENDE auf high geht. Dies zeigt wiederum
dem EPROM 100 an, daß das
Ende der Sollfunkendauer nahe ist und daß keine weiteren Teilentladungen
der relevanten Spule auftreten sollen und daß kein Wiederaufladen der Spule
begonnen werden soll (obwohl ein Wiederaufladen fortfahren kann,
wenn es bereits gestartet ist). Der EPROM 100 schaltet
somit in den Zustand, der das nächste
Entladen der Spule derart lenkt, daß es ein vollständiges Entladen
und kein teilweises Entladen ist. Insbesondere wird nun der Stromweg,
der wiederholt bei der vorbestimmten Stromschwelle IT geschlossen
und für
nur die vorbestimmte Zeitdauer T wieder geöffnet worden ist, nachdem die
vorbestimmte Stromschwelle IT erreicht worden ist, offen gehalten,
um ein vollständiges
Entladen der relevanten Spule zu erleichtern. Das vollständige Entladen
wird natürlich
länger als
die vorbestimmte Zeitdauer T dauern.
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Der resultierende Betrieb liefert
einen engen Zusammenhang zwischen der Sollfunkendauer in Grad Motordrehung
und der tatsächlichen
Funkendauer in Grad Motordrehung. Im besonderen liefert das Skalieren der
Zeit zwischen EST-Impulsen eine zuverlässige Voraussage der tatsächlichen
Zünddauer
in Einheiten der Zeit, die erforderlich ist, um ein Funken während der
vorbestimmten Gradzahl der Motordrehung (z.B. ungefähr 20 Grad)
zu liefern. Diese Vorhersage der tatsächlichen Zündzeit wird dann dazu verwendet,
das Ende der Mehrfachladedauer MCD zu bestimmen. Diese Bestimmung
wird im besonderen unter Verwendung von Information im Hinblick
darauf vorgenommen, wie lange der abschließende "Wiederaufladen- und Vollständiges-Entladen"-Zyklus in einem
unmittelbar vorhergehenden Zündzyklus
dauerte. Diese Information liefert wiederum eine zuverlässige Vorhersage
davon, wie lange der eintretende abschließende "Wiederaufladen- und Vollständiges-Entladen"-Zyklus dauern wird.
Somit wird die Dauer des vorhergehenden abschließenden Wiederaufladen- und
Vollständiges-Entladen-Zyklus
von der vorhergesagten Dauer des Funkens in Zeiteinheiten, die bestimmt
wurde, indem die Zeit (oder Anzahl von Taktimpulsen) zwischen den
EST-Impulsen skaliert wurde, subtrahiert (oder mit einem negativen
Vorzeichen versehen und addiert). Am Ende der vorhergesagten Mehrfachladedauer
MCD wird deshalb verhindert, daß der
Stromweg durch die Primärseite
der Zündspule
hindurch Teilentladungen durchführt.
Sobald die vorbestimmte Stromschwelle IT erreicht worden ist, wird
insbesondere der Weg durch die Primärseite hindurch geöffnet, schließt aber
nicht innerhalb der Zeitdauer T wieder. Der abschließende Wiederaufladen-
und Entladen-Zyklus resultiert deshalb in einem vollständigen Entladen der
Energie in der Spule. Insbesondere endet diese abschließende Wiederauflade-
und Entladeabfolge sehr nahe am Ende der Sollfunkendauer DSD und
somit sehr nahe am Ende des Sollwerts der Motordrehung.
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In den meisten Situationen ist es
ungeachtet der Motordrehzahl nicht erwünscht, daß die Funkendauer über eine
vorbestimmte maximale Zeitdauer hinaus fortfährt. Dementsprechend kann ein
Mehrfachlademaximalzeit-Zähler 190 vorgesehen
sein, um automatisch zu bewirken, daß das Signal MEHRFACHLADEDAUER ZU
ENDE, ungeachtet des Zählwerts,
der von dem Mehrfachladedauer-Zähler 182 erreicht
wird, auf high geht. Eine beispielhafte Maximalzeit für die Funkendauer
beträgt
urnigefähr
5 Millisekunden. Diese Maximalzeit wird typischerweise nur bei sehr
niedrigen Motordrehzahlen, wie während
des Anlassens des Motors ins Spiel kommen.
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Bei dem beispielhaften Mehrfachlade-Controller 54 dient
der Binär-Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 als ein
Teil des Mehrfachlademaximalzeit-Zählers 190. Insbesondere
werden die Pull-Down-Widerstände
und Schalter SR an den Voreinstellungseingängen P1 – P3 des Zählers 108 auf einen
vorbestimmten Wert gesetzt, der in Ansprechen auf das 5-Millisekunden-Taktsignal am Taktanschluß CK bewirkt,
daß das
Signal MEHRFACHLADEDAUER ZU ENDE auf high geht, wenn die vorbestimmte
maximale Zeitdauer verstrichen ist. Insbesondere wird das Signal
LADEN MEHRFACHLADEDAUER-ZÄHLER
auf den PE-Anschluß des
Zählers 108 aufgeschaltet.
Der Zähler 108 wird
deshalb automatisch zusammen mit dem Mehrfachladedauer-Zähler 182 voreingestellt.
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Während
bei der vorhergehenden beispielhaften Ausführungsform eine auf einem Zähler beruhende Anordnung
offenbart ist, ist zu verstehen, daß alternative Ausführungsformen
vorgesehen sein können,
in denen die Funktionen, die durch die vorstehenden Zähler ausgeführt werden,
durch Analogintegratoren anstelle von Zählern durchgeführt werden.
Dies wäre
besonders in Zusammenhang mit einer alternativen analogen Ausführungsform
der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform erwünscht.
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6 veranschaulicht
einen bevorzugten Spannungsversorgungsschaltkreis 195,
der einen positiven Spannungsregler mit drei Anschlüssen 128,
eine 14-Volt-Zenerdiode 200 und drei Filterkondensatoren
C4, C5, C6 umfaßt.
Die Kondensatoren C4 – C6
weisen Kapazitäten
von ungefähr
0,1 Farad, 10 Mikrofarad bzw. 10 Mikrofarad auf. Der Spannungsversorgungsschaltkreis 195 ist
derart ausgebildet, daß er
relativ stabile Spannungsquellen bei den gewünschten 5-Volt- und 14-Volt-Pegeln
bereitstellt.
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Wie es oben angedeutet ist, veranschaulicht 7 eine Schnittstelle 210 der
beispielhaften; auf einem EPROM beruhenden Ausführungsform. Die Schnittstelle
in 7 ist derart ausgebildet,
daß sie
dem EPROM 100 das Signal FUNKEN AUS, das Signal MINIMALSTROM
ERREICHT und das Signal MAXIMALSTROM ERREICHT liefert.
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Die Schnittstelle 210 umfaßt einen
Stromerfassungswiderstand (z.B. 0,05 Ohm) ISR. Der Stromerfassungswiderstand
ISR ist zwischen Masse und die Schalter (z.B. IGBT, die später beschrieben
werden) geschaltet, die selektiv den Stromweg durch die Primärwicklungen
der Spulen hindurch vervollständigen.
Der Strom, der durch die Primärwicklungen
hindurchfließt,
muß deshalb
durch den Stromerfassungswiderstand ISR hindurchtreten. Der Stromerfassungswiderstand
ISR liefert somit eine Spannung, die den Stromwert anzeigt, der
jedesmal dann durch die aktive Primärwicklung fließt, wenn
einer der Schalter geschlossen ist.
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Es ist ein geeignetes Widerstandsnetz
vorgesehen, um die den Strom anzeigende Spannung von dem Stromerfassungswiderstand
ISR in Spannungen mit einer annehmbaren Größe an den nicht-invertierenden Eingangsanschlüssen von
oberen zwei Komparatoren
129 in
7 zu teilen. Das Widerstandsnetz umfaßt Widerstände R4 – R9, von
denen einige derart angeordnet sind, daß sie eine Rückkopplung
aus dem Ausgang der oberen beiden Komparatoren
129 liefern.
Beispielhafte Widerstände
der Widerstände
R4 – R9
sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
-
Zusätzlich ist jeder der invertierenden
Eingänge
der Komparatoren 129 in 7 an
eine jeweilige Referenzspannung angeschlossen. Die Referenzspannungen
werden mit einer geeigneten Größe durch
eine 5V-Spannungsquelle, eine Zenerdiode ZD1 (die eine geregelte
Spannung von ungefähr
3,6 Volt liefert) und einem Netz aus Spannungsteilerwiderständen R10 – R16 und
Potentiometern POT1, POT2, POT3 bereitgestellt. Die Potentiometer
POT1 – POT3
sind vorzugsweise 100-Ohm-Potentiometer und sind derart eingestellt, daß sie die
Referenzspannungen mit einer geeigneten Größe bereitstellen. Beispielhafte
Widerstände
für die Widerstände R 10 – R16 sind
in der folgenden Tabelle aufgeführt.
-
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Der Ausgang des obersten Komparators 129 in 7 ist mit dem A4-Adreßanschluß des EPROM 100 verbunden.
Wenn die den Strom anzei gende Spannung des Stromerfassungswiderstandes
ISR anzeigt, daß der
Strom durch die Primärwicklung
hindurch die vorbestimmte Stromschwelle IT (z.B. 15 Ampere) erreicht
hat, bewirken die Spannungen an den jeweiligen Eingangsanschlüssen des
obersten Komparators 129 in 7 einen Übergang
im Ausgangssignal (d.h., im Signal MINIMALSTROM ERREICHT) dieses
besonderen Komparators 129, wobei dieser Übergang
an den A4-Adreßanschluß des EPROM 100 angelegt
wird. Der EPROM 100 detektiert dadurch, wann der Strompegel
durch die Primärwicklung
hindurch die vorbestimmte Stromschwelle IT erreicht.
-
Ähnlich
ist der Ausgangsanschluß des
mittleren Komparators 129 in 7 mit dem A3-Adreßanschluß des EPROM 100 verbunden.
Wenn die den Strom anzeigende Spannung des Stromerfassungssensors
ISR anzeigt, daß der
Strom durch die Primärwicklung
hindurch einen vorbestimmten maximalen Fehlerstrom (z.B. 20 Ampere)
erreicht hat, bewirken die Spannungen an den jeweiligen Eingangsanschlüssen des
mittleren Komparators 129 in 7 einen Übergang im Ausgangssignal (d.h.
im Signal MAXIMALSTROM ERREICHT) dieses besonderen Komparators 129,
wobei dieser Übergang
an den A3-Adreßanschluß des EPROM 100 angelegt
wird. Der EPROM 100 detektiert dadurch, wann der Stromfluß durch
die Primärwicklung
hindurch den vorbestimmten maximalen Fehlerstrom erreicht.
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Der nicht invertierende Eingangsanschiuß des untersten
Komparators 129 in 7 ist
indirekt über ein
Signalaufbereitungsnetz, 215 aus Widerständen R17 – R19 und
einem Kondensator C7 an eine gleichgerichtete Spannung von dem negativen
Anschluß jeder
Spule angeschlossen. Die Gleichrichtung wird durch ein Dioden-Array 220 geschaffen.
Die Wider stände
R17 – R19
weisen beispielhaft Widerstände
von ungefähr
900 Ohm (1%), 100 Ohm (1%) bzw. 5 kOhm auf. Der Kondensator C7 weist
eine beispielhafte Kapazität
von ungefähr
0,01 Farad auf.
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Der Ausgang von dem untersten Komparator 129 in 7 ist über einen Widerstand R21 (z.B.
ein 3 kOhm-Widerstand) an die 5V-Spannungsquelle angeschlossen.
Zusätzlich
wird eine Rückkopplung
aus dem Ausgang des untersten Komparators 129 bereitgestellt,
indem ein Widerstand R22 (z.B. ein 1-MOhm-Widerstand) zwischen die
Ausgangs- und nicht-invertierenden Eingangsanschlüsse des
untersten Komparators 129 geschaltet wird. Die resultierende
Konfiguration des Dioden-Arrays 220 und des Signalaufbereitungsnetzes 215 bewirkt,
daß der
unterste Komparator 129 in 7 ein
Signal FUNKEN AUS erzeugt, das jedesmal dann auf low geht, wenn
ein Entladen von Energie über
den Zündkerzenspalt
hinweg beendet ist.
-
Anhand von 8 wird eine bevorzugte Ausführungsform
des Treiber-Arrays 56 beschrieben.
Die bevorzugte Ausführungsform
umfaßt
die vorstehend erwähnten
Schalter in den Primärwicklungswegen,
wobei die Schalter unter Verwendung des Bezugszeichens 230 bezeichnet
sind. Ein Schalter 230 ist für jede Primärwicklung vorgesehen und mit
dem negativen Anschluß dieser
Primärwicklung
verbunden. Zwischen alle Schalter 230 und der elektrischen
Masse ist der vorstehend erwähnte
Stromerfassungswiderstand ISR geschaltet.
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Die Schalter 230 sind vorzugsweise
unter Verwendung von IGBT (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate)
ausgeführt,
wie sie in 8 gezeigt
sind. Das Gate jedes IGBT-Schalters 230 ist mit dem Ausgang
eines jeweiligen nicht-invertierenden Puffers 126 oder 127 verbunden.
Jeder nicht-inver tierende Puffer 126 oder 127 wird
von dem Ausgang eines UND-Gatters (von Vierfach-UND-Gatter 124 oder 125)
angesteuert. Jedes UND-Gatter 124, 125 besitzt
einen Eingang, auf den das Signal LADEN SPULE aufgeschaltet wird,
und einen weiteren Eingang, der mit dem D-Anschluß eines
Flip-Flops 120, 121, 122 oder 123 verbunden
ist. Auf den S-Anschluß jedes
Flip-Flops 120 – 123 wird
ein jeweiliges Signal der getrennten EST-Signale 62 von dem EST-Separator 52 aufgeschaltet.
Auf den CL-Anschluß jedes
Flip-Flops 120 – 123 wird
im Gegensatz dazu ein Signal aufgeschaltet, das jedesmal dann auf
high geht, wenn irgendeines der getrennten EST-Signale 62 auf high
liegt. Jedes Flip-Flop 120 – 123 steuert deshalb
seinen Ausgang in Ansprechen darauf auf high, daß sein jeweiliges EST-Signal auf high liegt,
und hält
seinen Ausgang high, bis ein anderes EST-Signal auf high geht. Das Array aus
Flip-Flops 120 – 123 dient
deshalb als Kippstufe, die anzeigt, welcher der EST-Impulse zuletzt angelegt
war.
-
Die bevorzugte Ausführungsform
des Treiber-Arrays 56 gibt somit ein Schließen von
nur dem Schalter/den Schaltern 230 frei, der/die den letzten
der getrennten EST-Impulse zugeordnet ist/sind. Die anderen Schalter 230 können nicht
geschlossen werden. Die Tatsache, daß ein besonderer Schalter 230 dem
jüngsten EST-Impuls
zugeordnet ist, bedeutet jedoch nicht, daß dieser besondere Schalter 230 während der
gesamten Zeitdauer, bevor ein anderer EST-Impuls angelegt wird,
geschlossen bleiben wird. Wegen der VerUNDungs-Funktion, die von
den UND-Gattern 124, 125 ausgeführt wird,
wird im Gegenteil der "freigegebene" eine Schalter oder
die "freigegebene" Gruppe von Schaltern 230 nur
schließen,
wenn das Signal LADEN SPULE anzeigt, daß er (oder sie) schließen soll
(sollen). Deshalb fließt
Strom durch die Primärwicklungen
hindurch nur in der Spu le/den Spulen, die dem letzten EST-Impuls
entsprechen und nur während
das Signal LADEN SPULE auf high liegt.
-
Wie es in 8 veranschaulicht ist, wird das Signal,
das auf high geht, wenn irgendeines der getrennten EST-Signale 62 auf
high geht, erzeugt, indem auf die Eingänge des invertierenden ODER-Gatters 119 jeweilige
Signale der getrennten EST-Signale 62 aufgeschaltet werden,
und indem der Ausgang des invertierenden ODER-Gatters 119 mit
dem invertierenden Puffer 117 verbunden wird.
-
Die bevorzugte Ausführungsform
des in 8 gezeigten
Treiber-Arrays 56 kann vorteilhaft mit bis zu acht unterschiedlichen
Brennkammern verwendet werden, die zu unterschiedlichen Zeiten zünden. Sie
kann auch mit weniger Brennkammern verwendet werden. Der in den 4 – 7 gezeigte Mehrfachlade-Controller 54 ist
beispielsweise zur Verwendung im Zusammenhang mit einem 4-Zylinder-Motor
ausgebildet. Dieser gleiche Mehrfachlade-Controller 54 ist
mit dem beispielhaften Treiber-Array 56 in 8 kompatibel und kann tatsächlich unter
Verwendung von ungefähr
der halben Schaltung, die in 8 veranschaulicht
ist, arbeiten. Um das in 8 veranschaulichte
Treiber-Array 56 zusammen mit dem beispielhaften Mehrfachlade-Controller 54 zu
verwenden, werden nur vier der Flip-Flops 120 – 123,
vier der UND-Gatter 124, 125, vier der nichtinvertierenden
Puffer 126, 127 und vier der IGBT-Schalter 230 verwendet.
Insbesondere werden die vier getrennten EST-Signale 62 jeweils
auf vier der S-Anschlüsse der
jeweiligen vier Flip-Flops 120 – 123 aufgeschaltet,
und die vier Spulen 58 werden jeweils auf die entsprechenden
vier der jeweiligen IGBT-Schalter 230 aufgeschaltet. Das
Signal LADEN SPULE wird dann an die vier UND-Gatter 124 oder 125 angelegt,
die mit Ausgängen
von den vier Flip-Flops 120, 121, 122 oder 123 verbunden
sind. Infolgedessen steuert das beispielhafte Treiber-Array 56 selektiv,
ob Strom durch die Primärwicklung
der Spule 58, die durch den jüngsten EST-Impuls ausgewählt wird,
hindurchfließen
kann, und führt
diese selektive Steuerung auf eine Weise abhängig davon aus, ob das Signal
LADEN SPULE von dem Mehrfachlade-Controller 54 auf high
liegt. Der EPROM 100 steuert somit über das Signal LADEN SPULE
die Zündabfolge
in jeder Brennkammer, so daß sie
im wesentlichen auftritt, wie sie in 1 veranschaulicht
ist.
-
9 ist
ein Flußdiagramm
des Programms, das der EPROM 100 ausführt. In 9 sind die Bezugszeichen, die die verschiedenen
Zustände
der Zustandsmaschine bezeichnen, die von dem EPROM 100 verkörpert ist,
in der Form von XXXX-N vorgesehen, wobei die "XXXX" "1" und "0" sind,
die eine Vier-Bit-Binärdarstellung
des Zustandes bilden, und wobei "N" die Dezimalzahl
ist, die mit diesem Zustand identifiziert wird. Die Vier-Bit-Binärzahl erscheint
an den Ausgangsanschlüssen
O4 –O7
des EPROM 100, wenn der EPROM 100 in dem durch
die Binärzahl
in 9 repräsentierten
Zustand ist.
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9 umfaßt auch
eine Adreßanschlußbezeichnung
(z.B. A0, A1, ... A7) in jedem Entscheidungsblock. Jede Adreßanschlußbezeichnurig
gibt an, welcher Adreßanschluß den EPROM 100 mit
der Information versorgt, die dieser bei der Herstellung der Bestimmung
verwendet, die durch diesen Entscheidungsblock repräsentiert
wird.
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Zu Beginn, im Zustand 1000-8, wartet
der EPROM 100 darauf, daß das EST-Signal auf low geht.
Er bewerkstelligt dies, indem er seinen A5-Adreßanschluß überwacht. Sobald das EST-Signal
low ist, schaltet der EPROM 100 in Zustand 0000-0 um und
wartet darauf, daß das
EST-Signal wieder
auf high geht. Er bewerkstelligt dies, indem er fortfährt, seinen
A5-Adreßanschluß zu überwachen.
-
Wenn das EST-Signal auf high geht,
spricht der EPROM 100 an, indem er in den Zustand 0001-1
umschaltet. Im Zustand 0001-1 weist der EPROM 100 den Q1-Ausgang
von dem Decodierer 130 an, auf high zu gehen, und bewirkt
dadurch, daß das
Signal LADEN SPULE auf high geht. In Ansprechen darauf schließt das Treiber-Array 56 den
geeigneten Schalter der IGBT-Schalter 230, und der Stromfluß beginnt,
durch die zugeordnete Primärwicklung
hindurch zuzunehmen. Somit beginnt das Laden der geeigneten Spule.
Indem darauf gewartet wird (im Zustand 1000-8), daß das EST-Signal
auf low geht, bevor die aktivierte Spule geladen wird, stellt der
EPROM 100 vorteilhaft sicher, daß das Laden nur in Ansprechen
auf einen vollständigen
EST-Impuls anstatt auf einen Teil-EST-Impuls auftreten wird.
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Im Zustand 0001-1 überwacht
der EPROM 100 seine A6- und A3-Adreßanschlüsse, während das Laden der Spule fortfährt. Wenn
das Signal MAXIMALLADEZEIT oder das Signal MAXIMALSTROM ERREICHT an
den jeweiligen A6- oder A3-Adreßanschlüssen des
EPROM 100 auf high geht, während die Spule aufgeladen
wird, spricht der EPROM an, indem er in Zustand 0011-3 umschaltet.
Wenn die Signale an den A6- und A3-Adreßanschlüssen auf low bleiben, prüft der EPROM 100 an
seinem A4-Adreßanschluß auf das
Signal MINIMALSTROM ERREICHT, um zu bestimmen, ob die vorbestimmte
Stromschwelle IT erreicht worden ist. Wenn die vorbestimmte Stromschwelle
IT nicht erreicht worden ist, fährt
das Laden der Spule fort, und der EPROM 100 fährt fort,
seine A6-, A3- und A4-Adreß anschlüsse zu überwachen.
Wenn jedoch das Signal MINIMALSTROM ERREICHT anzeigt, daß die vorbestimmte
Stromschwelle IT erreicht worden ist, wartet der EPROM 100 darauf,
daß das
EST-Signal auf low geht. Insbesondere überwacht der EPROM seinen A5-Adreßanschluß auf die
nacheilende Flanke des EST-Impulses. Wenn das EST-Signal auf low
geht, spricht der EPROM 100 an, indem er in Zustand 0011-3
umschaltet.
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Im Zustand 0011-3 beginnt das erste
Entladen der ausgewählten
Spule 58 durch die jeweilige Zündkerze 60. Insbesondere
legt der EPROM 100 den "0011"-Code an seine Ausgangsanschlüsse O4 – O7 an, wobei
der Code dann durch die Kippstufe 114 aufgeschaltet und
an den Decodierer 130 angelegt wird. Der Decodierer 130 spricht
an, indem er seinen Q3-Ausgang auf high steuert und er seine anderen
Ausgänge
(Q0 – Q2,
Q4, Q5, Q7 und Q9) auf low steuert. Dies bewirkt, daß das Signal
LADEN MEHRFACHLADEDAUER-ZÄHLER
auf high geht. Da der Q5-Ausgang von dem Decodierer 130 low
ist, ist zusätzlich
das Signal LADEN SPULE abwesend, wodurch bewirkt wird, daß sich der
Stromweg durch die Primärwicklung
hindurch öffnet.
Zustand 0011-3 bewirkt somit, daß die erste Funkenentladung
beginnt, und bewirkt, daß der
Wert am Ausgang von dem Berechnungs-Zähler 188 in den Mehrfachladedauer-Zähler 182 als
ein Voreinstellungswert geladen wird.
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Der EPROM 100 schaltet dann
in Zustand 0010-2 um. Im Zustand 0010-2 werden das Signal VOREINSTELLEN FUNKENDAUER-ZÄHLER und
das Signal VOREINSTELLEN MEHRFACHLADEDAUER-RECHNER auf high gesetzt.
Der Funkendauer-Zähler 160 spricht
auf dieses High-Signal an, indem der Wert, der die vorbestimmte
Zeitdauer T anzeigt, als ein Voreinstellungswert geladen wird. Ebenso
spricht der Mehrfachladedauer-Rech ner 180 auf das Signal
VOREINSTELLEN MEHRFACHLADEDAUER-RECHNER an,
indem der Berechnungs-Zähler 188 mit
der vorstehend erwähnten
negativen Zahl aus dem Abschlußzyklus-Zähler 186 voreingestellt
wird.
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Der EPROM 100 prüft dann
seinen A7-Adreßanschluß, um zu
bestimmen, ob das Signal NULL-MARKIERUNG durch das Flip-Flop 134 gesetzt
worden ist. Wenn das Signal NULL-MARKIERUNG nicht gesetzt worden
ist, kehrt der EPROM 100 zu Schritt 1000-8 zurück und wartet
auf den nächsten
EST-Impuls. Wenn das Signal NULL-MARKIERUNG gesetzt worden ist,
wodurch angezeigt wird, daß ein
nicht-negativer Wert von dem Berechnungs-Zähler 188 erreicht
worden ist, spricht der EPROM 100 an, indem er in den Zustand
1001-2 umschaltet. Im Zustand 1001-2 bewirkt der EPROM 100,
daß der
Q9-Ausgang des Decodierers 130 auf high geht. Da der Q9-Ausgang
des Decodierers 130 mit dem R-Anschluß des Flip-Flops 134 verbunden ist, wird das
Signal NULL-MARKIERUNG infolge des Zustandes 1001-2 zurückgesetzt.
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Der EPROM 100 schaltet dann
in Zustand 0110-6 um. Im Zustand 0110-6 fährt
die Spule fort, sich zu entladen, während das Signal FUNKENDAUER
ZU ENDE an dem A2-Adreßanschluß des EPROM 100 überwacht
wird. Wenn das Signal FUNKENDAUER ZU ENDE auf low abfällt, wodurch
angezeigt wird, daß die
vorbestimmte Zeitdauer T verstrichen ist, prüft der EPROM 100 seinen
A1-Adreßanschluß, um zu
bestimmen, ob das Signal MEHRFACHLADEDAUER ZU ENDE auf high gegangen
ist. Wenn das Signal MEHRFACHLADEDAUER ZU ENDE auf high gegangen
ist, spricht der EPROM 100 dadurch an, daß er in
den Zustand 1000-8 umschaltet und auf einen anderen EST-Impuls wartet
(z.B. ein EST-Impuls, der der nächsten
Brennkammer oder dem nächsten
Zylinder in der Zündreihenfolge
entspricht), indem er seinen A5-Adreßanschluß überwacht.
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Wenn das Signal MEHRFACHLADEDAUER
ZU ENDE an dem A2-Adreßanschluß low bleibt,
wenn das Signal FUNKENDAUER ZU ENDE auf low geht, wodurch angezeigt
wird, daß die
vorhergesagte Mehrfachladedauer nicht verstrichen ist, spricht der
EPROM 100 an, indem er in den Zustand 0111-7 umschaltet. Im
Zustand 0111-7 wird der Abschlußzyklus-Zähler 186 von
dem EPROM 100 zurückgesetzt.
Insbesondere bewirkt der EPROM 100, daß der Q7-Ausgangsanschluß des Decodierers 130 auf
high geht. Dieses auf high liegende Signal RÜCKSETZEN ABSCHLUSSZYKLUS-ZÄHLER am Q7-Ausgangsanschluß des Decodierers 130 wird
wiederum an den R-Anschluß des
Binärzählers 101 angelegt
und bewirkt, daß der
Zähler 101 zurückgesetzt
wird.
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Der EPROM 100 schaltet als
nächstes
in den Zustand 0101-5 um. Im Zustand 0101-5 bewirkt der EPROM 100,
daß der
Q5-Ausgang des Decodierers 130 auf high geht. Dies wiederum
bewirkt, daß das
Signal LADEN SPULE, das Signal FREIGEBEN ABSCHLUSSZYKLUS-ZÄHLER und
das Signal VOREINSTELLEN FUNKENDAUER-ZÄHLER alle auf high gehen. Deshalb
beginnt das Wiederaufladen der Spule, ebenso wie das Zählen durch
den Abschlußzyklus-Zähler 186.
Da das vorhergehende Entladen durch die vorbestimmte Zeitdauer T
begrenzt war, beginnt das Wiederaufladen aus einem teilweise entladenen
Zustand. Das Signal VOREINSTELLEN FUNKENDAUER-ZÄHLER bewirkt, daß der Funkendauer-Zähler 160 mit
dem Wert geladen wird, der der vorbestimmten Zeitdauer T entspricht.
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Während
das Laden der Spule in Zustand 0101-5 fortfährt, überwacht der EPROM 100 seine
A6- und A4-Adreßanschlüsse, um
zu bestimmen, ob das Signal MAXIMALLADEZEIT oder das Signal MINIMALSTROM
ERREICHT jeweils auf high gegangen sind. Der EPROM 100 fährt fort,
die Spule aufzuladen und bleibt in Zustand 0101-5, so lang sowohl
das Signal MAXIMALLADEZEIT als auch das Signal MINIMALSTROM ERREICHT
low bleiben.
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Wenn entweder das Signal MAXIMALLADEZEIT
oder das Signal MINIMAL-STROM
ERREICHT auf high gehen, schaltet der EPROM 100 in Zustand
0100-4 um. In Zustand 0100-4 bewirkt der EPROM 100, daß nur der
Q4-Ausgangsanschluß des Decodierers 130 auf
high geht. Der auf high liegende Q4-Ausgang bewirkt, daß das Signal
FREIGEBEN ABSCHLUSSZYKLUS-ZÄHLER
auf high geht, wodurch bewirkt wird, daß der Abschlußzyklus-Zähler 186 wieder
zu zählen
beginnt. Insofern der Q4-Anschluß des Decodierers 130 der
einzige High-Ausgang von dem Decodierer 130 in Zustand
0100-4 ist, geht das Signal LADEN SPULE auf low, wodurch bewirkt
wird, daß die
aktivierte Spule 58 beginnt, sich durch ihre jeweilige
Zündkerze 60 hindurch
zu entladen. Ein derartiges Entladen bewirkt, daß sich ein Funken an der entsprechenden
Zündkerze 60 entwickelt. Der
EPROM 100 überwacht
während
dieses Funkenerzeugungsprozesses in Zustand 0100-4 seinen A2-Adreßanschluß, um zu
bestimmen, wann das Signal FUNKENDAUER ZU ENDE auf low geht.
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Nachdem der Funkendauer-Zähler 160 für die vorbestimmte
Zeitdauer T zählt,
geht das Signal FUNKENDAUER ZU ENDE auf low. Auf der Grundlage des
Signals FUNKENDAUER ZU ENDE an seinem A2-Adreßanschluß ist deshalb der EPROM 100 in
der Lage, zu detektieren, wann die vorbe stimmte Zeitdauer T verstrichen
ist. Wenn die vorbestimmte Zeitdauer T verstrichen ist, bestimmt
der EPROM 100, ob die Mehrfachladedauer vorüber ist,
indem er seinen A1-Adreßanschluß prüft. Der
A1-Adreßanschluß des EPROM 100 empfängt das
Signal MEHRFACHLADEDAUER ZU ENDE. Das Signal MEHRFACHLADEDAUER ZU
ENDE geht auf high, wenn die Mehrfachladedauer gemäß dem Mehrfachladedauer-Zähler 182 oder
gemäß dem Mehrfachlademaximalzeit-Zähler 190 vorüber ist.
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Wenn das Signal MEHRFACHLADEDAUER
ZU ENDE am A1-Adreßanschluß auf low
liegt, wenn das Signal FUNKENDAUER ZU ENDE am A2-Adreßanschluß auf low geht, spricht der
EPROM 100 an, indem er in Zustand 0111-7 zurückkehrt
und wieder durch die Zustände
0101-5 und 0100-4 hindurch fortfährt.
Dieser Prozeß des
Hindurchgehens durch die Zustände
0111-7, 0101-5 und 0100-4 wird von dem EPROM 100 wiederholt,
um ein Mehrfachladen der aktivierten Spule 58 und ein Mehrfachzünden an
der entsprechenden Zündkerze 60 zu
schaffen. Die Wiederholungen fahren fort, bis das Signal MEHRFACHLADEDAUER
während
einer Iteration des Zustandes 0100-4 auf high geht.
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Wenn das Signal MEHRFACHLADEDAUER
in Zustand 0100-4 auf high liegt, bleibt der EPROM 100 in
Zustand 0100-4 (d.h. mit dem deaktivierten Signal LADEN SPULE, um
ein Wiederaufladen zu verhindern und ein vollständiges Entladen der Spule zu
gestatten), bis das Signal FUNKEN AUS am A0-Adreßanschluß des EPROM 100 auf
low geht, wodurch angezeigt wird, daß die Spule vollständig entladen
worden ist (d.h., der Funken aus ist). Nur dann kehrt der EPROM
in den Zustand 1000-8 aus dem Zustand 0100-4 zurück.
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Da der Übergang aus dem Zustand 0100-4
in den Zustand 1000-8 bewirkt, daß das Signal FREIGEBEN ABSCHLUSSZYKLUS-ZÄHLER auf
low geht, stoppt der Abschlußzyklus-Zähler 186 das
Zählen
und verbleibt den vorstehend erwähnten
negativen Wert haltend, der der Dauer des abschließenden Wiederaufladen- und
Vollständiges-Entladen-Zyklus
entspricht.
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Im Zustand 1000-8 wartet der EPROM 100 auf
den nächsten
EST-Impuls und wiederholt den in 9 gezeigten
Prozeß für den nächsten EST-Impuls. Da das Treiber-Array 56 in
Ansprechen auf den nächsten EST-Impuls automatisch
von einer aktiven Spule zur nächsten
umschaltet, bewirkt der nächste
EST-Impuls, daß der
Prozeß von 9 unter Verwendung einer
unterschiedlichen Spule 58 und Zündkerze 60 in der
Zündreihenfolge
des Motors ausgeführt
wird. Dieser Gesamtprozeß des
Anwendens des in 9 gezeigten
Prozesses auf eine Kombination aus einer Spule 58 und einer
Zündkerze 60 und
dann eines Umschaltens zur nächsten
und des Wiederholen des Prozesses mit der nächsten Kombination wird wieder
und wieder gemäß der besonderen
Motorzündreihenfolge
wiederholt.
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Insbesondere bestimmt die in den 4 – 9 veranschaulichte beispielhafte Anordnung,
wann die Spule am Ende der letzten Entladung vollständig entladen
worden ist, sowie wann die vorbestimmte Energiemenge in der Spule
gespeichert worden ist, nicht indem die Hochspannungssekundärseite der
Spulen überwacht wird,
sondern vielmehr indem die Primärseite
jeder Spule überwacht
wird. Dies beseitigt vorteilhafterweise die Notwendigkeit auf Bauelemente
zur Hochspannungsüberwachung
sowie die zusätzlichen
Kosten und/oder Raumanforderungen, die dazu gehören.
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Ein weiterer Vorteil des in den 3 – 9 veranschaulichten Ausführungsbeispiels
ist, daß es
vollständig
mit existierenden PTCU kompatibel ist, die aufeinanderfolgende EST-Impulse
liefern, wobei jeder EST-Impuls eine zeitliche Breite aufweist,
die die Ladezeit vor dem anfänglichen
Funken bestimmt, sowie eine nacheilende Flanke, die dafür entworfen
ist, das Funkenereignis auszulösen.
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Die vorliegende Erfindung ist jedoch
nicht auf ein solches Ausführungsbeispiel
begrenzt. Im Gegensatz dazu kann das Mehrfachladesystem der vorliegenden
Erfindung derart eingerichtet werden, daß es auf unterschiedliche Arten
von PTCU anspricht, einschließlich
diejenigen, die zeitlich breitere EST-Impulse liefern (z.B., die
so lang andauern, wie die beabsichtigte Dauer der Mehrfachlade-
und Mehrfachzündabfolge
für das Zünden jeder
Kammer ist) oder diejenigen, die zwei EST-Impulse für jede Mehrfachlade-
und Mehrfachzündabfolge
liefern (z.B., ein erster EST-Impuls
mit einer Dauer, die der anfänglichen
Ladezeit der Spule entspricht und getrennt vom Beginn des nächsten EST-Impulses
um eine Zeitdauer, die der anfänglichen
Teilentladezeit der Spule entspricht, wobei der zweite EST-Impuls
eine Dauer aufweist, die dem entspricht, wie lang die Zyklen des
Wiederaufladens und teilweisen Entladens fortgesetzt werden sollen).
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10 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das den EST-Impuls, den Primärwicklungsstrom
PI, die Spannung über
die Zündkerze
hinweg (über
die Sekundärwicklung
hinweg) VSEC, und den Sekundärwicklungsstrom
SI alle in Verbindung mit einem Verfahren und einem System veranschaulicht,
das die Breite des EST-Impulses dazu verwendet, zu bestimmen, wie lang
die Mehrfachlade- und Mehrfachzündabfolge
dauern wird, und das auch die steigende Flanke des EST-Impulses
dazu verwendet, das anfängliche
Laden der Spule auszulösen.
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Gemäß diesem alternativen Verfahren
löst der
EST-Impuls das anfängliche
Laden der Spule aus. Dieses Laden fährt fort, bis die vorbestimmte
Stromschwelle IT erreicht ist, an welchem Punkt der Stromweg durch die
Primärwicklung
hindurch geöffnet
wird. Deshalb beginnt das Entladen der Spule durch die Sekundärseite hindurch
und fährt
für die
vorbestimmte Zeitdauer T fort. Die vorbestimmte Zeitdauer T, wie
sie oben angegeben ist, ist lang genug, damit nur ein Teil der Energie
in der Spule entladen wird. Am Ende der vorbestimmten Zeitdauer
T wird der Stromweg durch die Primärwicklung hindurch wieder geschlossen,
um ein Wiederaufladen der Spule zu bewirken. Dieses Wiederaufladen
fährt fort,
bis die vorbestimmte Stromschwelle IT durch die Primärwicklung
hindurch erreicht wird, zu welchem Zeitpunkt die Primärwicklung
wieder geöffnet
wird, um ein weiteres teilweises Entladen zu erreichen. Dieser Prozeß des wiederholten
Wiederöffnens
des Primärstromweges
in Ansprechen darauf, daß die
vorbestimmte Stromschwelle IT erreicht ist, und des Schließens derselben
zu der vorbestimmten Zeitdauer T danach, fährt solange fort, wie der EST-Impuls
auf high bleibt. Nachdem der EST-Impuls abfällt, wird jedoch verhindert,
daß der
Stromweg durch die Primärwicklung
hindurch geschlossen wird. Der Mehrfachladeprozeß endet daher annähernd dann,
wenn der EST-Impuls abfällt.
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Da das Öffnen des Primärstromweges,
um die Teilentladung zu bewirken, auf eine stromabhängige Weise
ausgelöst
wird, und nicht auf eine strikt auf der Zeit beruhenden Weise, stellt
dieses alternative Verfahren auch vorteilhaft sicher, daß die richtige
Energiemenge in der Spule gespeichert ist, bevor die nächste Teilentladung
beginnt. Dies steigert wiederum die Funkenzuverlässigkeit und es wird verhindert,
daß Schwankungen
der Brennkammerzustände
(z.B. Änderungen
der Strömung)
irgendeinen signifikant negativen Einfluß auf diese Zuverlässigkeit
besitzen.
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11 zeigt
eine beispielhafte elektronische Zündschaltung
300, die
derart ausgebildet ist, daß sie den
Stromfluß durch
den Sekundärweg
hindurch auf die durch das Zeitablaufdiagramm von
10 angegebene Weise steuert. Da die
Schaltung
300 relativ einfach auszuführen ist und sehr wenig Raum
benötigt,
kann jede Zündkerze
310 mit
einer Spule
320 und einer elektronischen Zündschaltung
300 versehen
sein. Jede Brennkammer kann deshalb ihre eigene unabhängige Schaltung
300 und
ihre eigene Spule
320 aufweisen. Die beispielhafte Spule
320 in
10 weist eine Primärwicklungsinduktivität von ungefähr 0,85
mH, eine Sekundärwicklungsinduktivität von ungefähr 2,9 H,
einen Primärwicklungswiderstand
von ungefähr
0,15 Ohm und einen Sekundärwicklungswiderstand
von ungefähr
2500 Ohm auf. Die folgende Tabelle beschreibt beispielhaft Eigenschaften
der in
11 veranschaulichten
Schaltkreisbauelemente:
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Jede elektronische Zündschaltung 300 umfaßt einen
Stromwegschalter TR1 (z.B. einen IGBT), einen auf EST ansprechenden
Transistor TR6, einen Stromsteuerschaltkreis 340 und einen
Entladezeitgliedschaltkreis 350. Der Schalter TR1 ist mit
dem Stromweg 302 verbunden und steuert dadurch direkt den
Stromfluß durch
die Primärwicklung 322 der
Spule 320 hindurch.
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Insbesondere ist der Schalter TR1
derart ausgebildet, daß er
den Stromweg 302 selektiv öffnet, wenn der Strom, der
durch den Weg 302 hindurchfließt, auf die vorbestimmte Stromschwelle
IT ansteigt. Wie es oben angegeben ist, wird die vorbestimmte Stromschwelle
IT erreicht, wenn die in der Spule 320 gespeicherte induktive
Energie der vorbestimmten Ener giemenge entspricht. Der Schalter
TR1 öffnet
deshalb, wenn die vorbestimmte Energiemenge in der Spule 320 gespeichert
ist.
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Damit der Schalter TR1 auf die vorbestimmte
Stromschwelle IT anspricht, wird dessen Öffnen durch den Stromsteuerschaltkreis 340 gesteuert.
Der beispielhafte Stromsteuerschaltkreis 340 umfaßt den Transistor
TR5, die Widerstände
R25, R26, R32 und das Potentiometer R31. Der Widerstand des Potentiometers
R31 ist derart eingestellt, daß der
Stromsteuerschaltkreis 340 bewirkt, daß der Schalter TR1 öffnet, wenn
der Strom, der durch den Weg 302 hindurchfließt, auf
die vorbestimmte Stromschwelle IT ansteigt. Es können unterschiedliche vorbestimmte
Stromschwellen IT vorgesehen werden, indem lediglich der Widerstand
des Potentiometers R31 verändert
wird.
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Zwischen den Stromsteuerschaltkreis 340 und
das Gate des Schalters TR1 ist der Entladezeitgliedschaltkreis 350 geschaltet.
Der Entladezeitgliedschaltkreis 350 ist die Ursache, daß der Schalter
TR1 innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer T schließt, nachdem
er von dem Stromsteuerschaltkreis 340 geöffnet worden
ist. Der Entladezeitgliedschaltkreis 350 umfaßt das Potentiometer
R28, den Kondensator C8 und die Transistoren TR3, TR4. Die Kombination
aus dem Potentiometer R28 und dem Kondensator C8 stellt einen RC-Schaltkreis bereit.
Der RC-Schaltkreis ist derart abgestimmt, daß er die gewünschte vorbestimmte
Zeitdauer T liefert. Indem lediglich der Widerstand des Potentiometers
R28 eingestellt wird, kann diese vorbestimmte Zeitdauer T verändert werden,
um sich an Unterschiede der Motorkonstruktion und -anforderungen
anzupassen.
-
Der Widerstand des Potentiometers
R28 wird deshalb selektiv derart gewählt, daß der RC-Schaltkreis bewirkt,
daß der
Transistor TR3 den Schalter TR1 bei der vorbestimmten Zeitdauer
T schließt,
nachdem er von dem Stromsteuerschaltkreis 340 geöffnet worden
ist. Der Transistor TR3 liefert in dieser Hinsicht ein Zeitablaufsignal
an den Schalter TR1 (indem dessen Gate auf Masse geschlossen wird),
wodurch dem Schalter TR1 angezeigt wird, daß die vorbestimmte Zeitdauer
T verstrichen ist, und daß es
Zeit ist, daß der
Schalter TR1 schließt,
um dadurch das Wiederaufladen der Spule 320 zu bewirken.
Ein derartiges Schließen
des Schalters TR1, um ein Wiederaufladen zu bewirken, ist jedoch
nur möglich,
wenn der EST-Impuls an dem auf EST ansprechenden Transistor TR6
vorhanden ist.
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Auf den Basisanschluß des auf
EST ansprechenden Transistors TR6 wird das EST-Signal aus der PTCU
aufgeschaltet. Wenn der EST-Impuls am Basisanschluß des Transistors
TR6 fehlt, schafft der Transistor TR6 über seine anderen Anschlüsse hinweg
einen Zustand eines offenen Stromkreises. Daher erscheint eine positive
Spannung am Basisanschluß des
Transistors TR2. In Ansprechen auf diese positive Spannung schließt der Transistor
TR2 das Gate des Schalters TR1 auf Masse, um den Stromfluß durch
die Primärwicklung 322 der
Spule 320 hindurch ungeachtet des Zustandes des Transistors
TR3 zu verhindern. Die beispielhafte elektronische Zündschaltung 300 ist
somit derart ausgebildet, daß sie
auf einen End- oder Anschlußteil des
EST-Impulses anspricht, indem ein Wiederöffnen des Stromweges 302 ausgeschlossen
wird, so lange das EST-Signal abwesend bleibt.
-
Wenn im Gegensatz dazu der EST-Impuls
am Basisanschluß des
Transistors TR6 vorhanden ist, wird durch die anderen Anschlüsse des
auf EST ansprechenden Transistors TR6 der Zustand eines geschlossenen Stromkreises
geschaffen. Dieser Zustand eines geschlossenen Stromkreises bewirkt,
daß der
Basisanschluß des
Transistors TR2 auf Masse geschlossen wird und schafft dadurch einen
Zustand eines offenen Stromkreises über die anderen Anschlüsse des
Transistors TR2 hinweg. Solange dieser Zustand eines offenen Stromkreises
bestehen bleibt (d.h. so lange der EST-Impuls vorhanden ist) wird die Spannung,
wenn überhaupt,
am Gate des Schalters TR1 durch den Zustand des Transistors TR3
gesteuert.
-
Nun wird eine beispielhafte von der
Schaltung 300 durchgeführte
Mehrfachladeabfolge beschrieben. Vor dem Mehrfachladen liegt das
EST-Signal auf low. Der Transistor TR6 hält deshalb den Schalter TR1
offen, indem eine positive Spannung an das Gate des Transistors
TR2 angelegt wird, der wiederum das Gate des Schalters TR1 auf Masse
schließt.
Es ist folglich wenig, wenn überhaupt,
Energie in der Spule 320 gespeichert.
-
Wenn der EST-Impuls erscheint, schließt der Transistor
TR6 den Basisanschluß des
Transistors TR2 auf Masse und gestattet dadurch, daß der Zustand
des Schalters TR1 durch den Zustand des Transistors TR3 bestimmt
wird. Da die positive Spannung an der Basis des Transistors TR4
den Basisanschluß des
Transistors TR3 wirksam auf Masse schließt, wird ein offener Stromkreis über die
anderen Anschlüsse
des Transistors TR3 hinweg geschaffen. Daher wird eine positive
Spannung an das Gate des Schalters TR1 angelegt. In Ansprechen auf
diese positive Spannung schließt
der Schalter TR1, um den Stromfluß durch den Stromweg 302 und
die Primärwicklung 322 der
Spule 320 hindurch zu gestatten. Dieser Stromfluß steigt
progressiv an, während
sich die Spule weiterhin auflädt.
-
Wenn der Stromfluß durch die Primärwicklung 322 und
den Stromweg 302 hindurch auf die vorbestimmte Stromschwelle
IT ansteigt, bewirkt die entsprechende Spannung am Basisanschluß des Transistors TR5,
daß der
Transistor den Schaltkreis über
seine anderen Anschlüsse
schließt.
Die anderen Anschlüsse
des Transistors TR5 werden deshalb auf Masse geschlossen. Dieser
Vorgang eines Schaltens auf Masse bewirkt, daß der Basisanschluß des Transistors
TR4 durch den Kondensator C8 momentan auf Masse geschlossen wird.
Die anderen Anschlüsse
des Transistors TR4 schaffen deshalb einen Zustand eines offenen
Stromkreises, der wiederum gestattet, daß eine positive Spannung am
Basisanschluß des
Transistors TR3 erscheint. Der Transistor TR3 spricht auf diese
positive Spannung an, indem er das Gate des Schalters TR1 auf Masse schließt. Dadurch
wird der Stromweg 302 geöffnet, um eine Teilentladung
der Spule 320 durch ihre Sekundärwicklung 324 und
die Zündkerze 310 hindurch
zu bewirken.
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Während
des Teilentladens bewirkt das Fehlen eines Stromflusses durch den
Stromweg 302 hindurch, daß die Spannung am Basisanschluß des Transistors
TR5 abfällt.
Dieser Abfall der Spannung am Basisanschluß des Transistors TR5 bewirkt,
daß seine
anderen Anschlüsse
wieder einen Zustand eines offenen Stromkreises zeigen. Daher erscheint
eine positive Spannung zwischen dem Widerstand R29 und dem Kondensator
C8. Die Spannung am Basisanschluß des Transistors TR4 kehrt
jedoch nicht sofort zu der Spannung zurück, die erforderlich ist, um
den Schalter TR1 zu schließen.
Stattdessen wird diese durch die Zeitkonstante des RC-Schalt kreises
(der durch R28 und C8 gebildet ist) verzögert, wobei die Verzögerung der
vorbestimmten Zeitdauer T entspricht.
-
Nach der vorbestimmten Zeitdauer
T bewirkt die Spannung am Basisanschluß des Transistors TR4, daß seine
anderen Anschlüsse
einen Zustand eines geschlossenen Stromkreises zeigen. Dies schließt den Basisanschluß des Transistors
TR3 wirksam auf Masse und bewirkt dadurch, daß die anderen Anschlüsse des Transistors
TR3 einen Zustand eines offenen Stromkreises zeigen. Deshalb erscheint
eine positive Spannung am Gate des Schalters TR1. In Ansprechen
auf diese positive Spannung schließt der Schalter TR1 den Stromweg 302 durch
die Primärwicklung 322 hindurch,
und die Spule 320 beginnt, sich wieder aufzuladen.
-
Das Wiederaufladen fährt fort,
bis der Transistor TR5 in Ansprechen auf die vorbestimmte Stromschwelle
IT wieder in einen Zustand eines geschlossenen Stromkreises umschaltet.
Der Prozeß des Öffnens des
Schalters TR1, wenn die vorbestimmte Stromschwelle IT erreicht ist,
und des Schließens,
nachdem die vorbestimmte Zeitdauer T verstrichen ist, wird so lang
wiederholt, wie der EST-Impuls vorhanden bleibt.
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Wenn das EST-Signal an der nacheilenden
Flanke des EST-Impulses auf low geht, zeigt der Transistor TR6 einen
Zustand eines offenen Stromkreises. Die resultierende positive Spannung
am Basisanschluß des Transistors
TR2 bewirkt, daß der
Transistor TR2 das Gate des Schalters TR1 im wesentlichen auf Masse schließt. Der
Schalter TR1 öffnet
sich deshalb, um einen Stromfluß durch
den Stromweg 302 zu verhindern. Der Spule 320 wird
dann gestattet, sich durch ihre Sekundärwicklung 324 und
die Zündkerze 310 hindurch
vollständig
zu entladen. Das Wiederaufladen danach wird nicht begonnen, bis
ein weiterer EST-Impuls empfangen wird.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung
ist leicht ersichtlich, daß die
Schaltung 300 auf einen ersten Übergang (z.B. den Übergang
von low nach high) in dem EST-Signal (oder Zeitgebungssignal) anspricht,
der die Schaltung 300 anweist, das Laden der Spule 320 (oder
der induktiven Energiespeichervorrichtung) zu beginnen. Die Schaltung 300 beginnt
in Ansprechen auf den ersten Übergang
das Laden der Spule 320.
-
Es ist auch leicht ersichtlich, daß die Schaltung 300 auf
einen zweiten Übergang
(z.B. einen Übergang von
high nach low) in dem EST-Signal (oder Zeitgebungssignal) anspricht,
der die Schaltung 300 anweist, den Weg 302 zumindest
bis zu einem anschließenden Übergang
in dem EST-Signal
offenzuhalten. In Ansprechen auf den zweiten Übergang hält die Schaltung 300 den
Stromweg 302 offen, wodurch die Wiederholungen des Schließens und
Wiederöffnens
des Weges 302 beendet werden und zugelassen wird, daß die vorbestimmte Energiemenge
im wesentlichen vollständig
durch die Sekundärwicklung 324 hindurch
entladen wird, zumindest bis ein anschließender Übergang in dem EST-Signal (oder
Zeitgebungssignal) an die Schaltung 300 angelegt wird.
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Da die Schaltung 300 das
Wiederaufladen rechtzeitig beginnt, bevor ein vollständiges Entladen
erreicht werden kann, indem das Entladen auf die vorbestimmte Zeitdauer
T begrenzt wird, wenn der EST-Impuls vorhanden ist, verwendet die
Schaltung 300 vorteilhaft den wirksamsten Teil des Wiederaufladen-
und Entladen-Zyklus, da sie die Mehrfachlade- und Mehrfachzündabfolge
bereitstellt.
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Die in 11 veranschaulichte Schaltung 300 kann,
während
sie im allgemeinen effektiv ist, verbessert werden, indem eine Kompensation
von Änderungen
der Temperatur und der Batteriespannung geschaffen wird. Das System
in 11 umfaßt keine
derartige Kompensation, um eine der einfacheren Formen der vorliegenden
Erfindung zu demonstrieren.
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12 veranschaulicht
eine alternative Schaltung
400, die in der Lage ist, Schwankungen
der Temperatur und der Batteriespannung zu kompensieren. Die folgende
Tabelle liefert eine Beschreibung von beispielhaften Bauelementen,
die dazu verwendet werden können,
die in
12 gezeigte
elektronische Zündschaltung
400 auszuführen:
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Die in 12 gezeigte alternative Schaltung 400 ist
mit der Primärwicklung 422 der
Zündspule 420 verbunden.
Die Sekundärwicklung 424 der
Zündspule 420 ist
elektrisch über
den Spalt der Zündkerze 430 hinweg
angeschlossen.
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Die elektronische Zündschaltung 400 umfaßt einen
Stromwegschalter TR1 (z.B. einen IGBT), einen auf EST ansprechenden
Komparator COMP4, einen Stromsteuerschaltkreis 440 und
einen Entladezeitgliedschaltkreis 450. Der Schalter TR1
ist mit dem Stromweg 402 verbunden und steuert dadurch
direkt den Stromfluß durch
die Primärwicklung 422 der
Spule 420 hindurch. Insbesondere ist der Schalter TR1 derart
ausgebildet, daß er
den Stromweg 402 selektiv öffnet, wenn der Strom, der
durch den Weg 402 hindurchfließt, auf die vorbestimmte Stromschwelle
IT ansteigt.
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Damit der Schalter TR1 auf die vorbestimmte
Stromschwelle IT anspricht, wird dessen Öffnen durch den Stromsteuerschaltkreis 440 gesteuert.
Der beispielhafte Stromsteuerschaltkreis 440 umfaßt den Komparator
COMP1, die Widerstände
R38, R39, R40, R41, den Stromerfassungswiderstand ISR und das Potentiomter
R47. Der Widerstand des Potentiometers R47 ist derart eingestellt,
daß der
Stromsteuerschaltkreis 440 bewirkt, daß der Schalter TR1 öffnet, wenn
der Strom, der durch den Weg 402 hindurchfließt, auf
die vorbestimmte Stromschwelle IT ansteigt. Es können unterschiedliche vorbestimmte
Stromschwellen IT vorgesehen werden, indem lediglich der Widerstand
des Potentiometers R47 verändert
wird. Der Stromerfassungswiderstand zeigt vorzugsweise einen Spannungsabfall
von ungefähr
0,75 Volt, wenn der Stromfluß durch
den Stromerfassungswiderstand ISR hindurch gleich der vorbestimmten
Stromschwelle IT ist.
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Zwischen den Stromsteuerschaltkreis 440 und
das Gate des Schalters TR1 ist der Entladezeitgliedschaltkreis 450 geschaltet.
Der Entladezeitgliedschaltkreis 450 ist die Ursache, die
bewirkt, daß der
Schalter TR1 innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer T schließt, nachdem
er von dem Stromsteuerschaltkreis 440 geöffnet worden
ist. Der Entladezeitglied schaltkreis 450 arbeitet vorwiegend
als ein "one shot" (stabile Kippstufe). Der
Entladezeitgliedschaltkreis 450 umfaßt das Potentiometer R43, den
Kondensator C9 und den Komparator COMP2. Die Kombination aus dem
Potentiometer R43 und dem Kondensator C9 stellt einen RC-Schaltkreis bereit.
Der RC-Schaltkreis ist derart abgestimmt, daß er die gewünschte vorbestimmte
Zeitdauer T liefert. Indem lediglich der Widerstand des Potentiometers
R43 eingestellt wird, kann die vorbestimmte Zeitdauer T verändert werden,
um sich an Unterschiede der Motorkonstruktion oder -anforderungen
anzupassen.
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Der Widerstand des Potentiometers
R43 wird daher selektiv derart gewählt, daß der RC-Schaltkreis bewirkt,
daß der
Komparator COMP2 den Schalter TR1 schließt, über den Komparator COMP3, nach
der vorbestimmten Zeitdauer T, nachdem er von dem Stromsteuerschaltkreis 440 geöffnet worden
ist. In dieser Hinsicht liefert der Komparator COMP2 ein Zeitablaufsignal
an den Schalter TR1 über
den Komparator COMP3, das dem Schalter TR1 anzeigt, daß die vorbestimmte
Zeitdauer T verstrichen ist und daß es Zeit ist, daß der Schalter
TR1 schließt,
um dadurch ein Wiederaufladen der Spule 420 zu bewirken.
Ein derartiges Schließen des
Schalters TR1, um ein Wiederaufladen zu bewirken, ist jedoch nur
möglich,
wenn der EST-Impuls an dem auf EST ansprechenden Komparator COMP4
vorhanden ist.
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Der nicht-invertierende Eingangsanschluß des auf
EST ansprechenden Komparators COMP4 ist elektrisch über den
Widerstand R49 mit dem EST-Signal aus der PTCU verbunden. Wenn der
EST-Impuls am nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Komparators
COMP4 fehlt, schaltet der Komparator COMP4 seinen Ausgangsanschluß in den
invertierten Zu stand um. Dies öffnet
den Schalter TR1 wirksam, um den Stromfluß durch die Primärwicklung 422 der
Spule 420 hindurch ungeachtet des Ausganges von dem Komparator COMP3
zu verhindern. Die beispielhafte elektronische Zündschaltung 400 ist
somit derart ausgebildet, daß sie auf
einen Endteil des EST-Impulses anspricht, indem ein Wiederöffnen des
Stromweges 402 ausgeschlossen wird, so lang das EST-Signal
abwesend bleibt.
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Wenn im Gegensatz dazu der EST-Impuls
am nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Komparators COMP4 vorhanden
ist, überläßt der Ausgang
des Komparators COMP4 die Kontrolle über den Schalter TR1 dem Ausgang
des Komparators COMP3.
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Nun wird eine beispielhafte von der
Schaltung 400 durchgeführte
Mehrfachladeabfolge beschrieben. Vor dem Mehrfachladen liegt das
EST-Signal auf low. Der Komparator COMP3 hält daher seinen Ausgang im invertierten
Zustand und verhindert dadurch, daß der Schalter TR1 schließt. Es ist
folglich wenig, wenn überhaupt,
induktive Energie in der Spule 420 gespeichert.
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Wenn der EST-Impuls erscheint, gestattet
es der Komparator COMP4, daß der
Zustand des Schalters TR1 durch den Ausgang von dem Komparator COMP3
bestimmt wird. Da die Spannung über
den Stromerfassungswiderstand ISR zu Beginn low bleibt, wodurch
angezeigt wird, daß der
Strom, der durch den Weg 402 hindurchfließt, die
vorbestimmte Stromschwelle IT nicht erreicht hat, bleibt der Ausgang
von dem Komparator COMP1 high, wodurch die Ausgänge von den Komparatoren COMP3,
COMP4 ebenfalls auf high gesteuert werden. Der Schalter TR1 spricht
auf die auf high liegenden Ausgangssignale an, indem er den Stromweg 402 schließt und zuläßt, daß Strom
durch die Primärwicklung 422 hindurchfließt. Dieser
Stromfluß durch
die Spule 420 hindurch nimmt progressiv zu, während die
Spule 420 fortfährt,
aufzuladen.
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Wenn die Spannung über den
Stromerfassungswiderstand ISR hinweg anzeigt, daß die vorbestimmte Stromschwelle
IT erreicht worden ist, bewirkt die entsprechende Spannung am invertierenden
Eingang des Komparators COMP1, daß der Ausgang des Komparators
COMP1 invertiert wird. Diese Spannungsinvertierung bewirkt einen
plötzlichen,
jedoch temporären
Spannungsabfall am nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Komparators
COMP2. Die Zeit, die es dauert, damit die Spannung am nichtinvertierenden
Eingangsanschluß des
Komparators COMP2 auf einen Pegel zurückkehrt, der höher als
die Spannung am invertierenden Eingangsanschluß des Komparators COMP2 ist,
wird durch die Zeitkonstante des RC-Schaltkreises (R43 und C9) bestimmt.
Der Komparator COMP2 spricht auf den temporären Spannungsabfall an, indem
er seinen Ausgang invertiert, und bewirkt dadurch, daß der Komparator
COMP3 seinen Ausgang invertiert. Der invertierte Ausgang von dem
Komparator COMP3 bewirkt, daß der
Schalter TR1 öffnet,
und bewirkt dadurch, daß die
Spule 420 ihre Teilentladung durch die Sekundärwicklung 424 und
durch den Spalt der Zündkerze 430 hindurch
beginnt.
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Da der Widerstand des Potentiometers
R43 derart eingestellt ist, daß er
eine Zeitkonstante in dem RC-Schaltkreis (R43 und C9) liefert, die
der vorbestimmten Zeitdauer T entspricht, kehrt die Spannung am nichtinvertierenden
Eingangsanschluß des
Komparators COMP2 am Ende der vorbestimmten Zeitdauer T zu einem
Spannungspegel zurück,
der aus reicht, um den Komparator COMP2 aus dem invertierten Zustand
herauszusteuern. Dieser Übergang
von dem Komparator COMP2 aus dem invertierten Zustand heraus wird
zum nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Komparators COMP3 befördert. Der
Komparator COMP3 spricht an, indem er aus dem invertierten Zustand
herausschaltet. Da dies bewirkt, daß der Schalter TR1 am Ende
der vorbestimmten Zeitdauer T schließt, bewirkt der Schaltkreis 400 effektiv,
daß ein
Wiederaufladen der Spule 420 am Ende der vorbestimmten Zeitdauer
T beginnt.
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Vor Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer
T (d.h., während
der Teilentladeperiode), verhindert die Diode D3, daß der Komparator
COMP1 seinen Ausgang zurück
in den nicht-invertierten Zustand umschaltet. Tatsächlich bindet
die Diode D3 diesen Zurückschaltvorgang
an den Ausgangszustand des Komparators COMP2. Nur nachdem der Ausgang
des Komparators COMP2 in den nicht-invertierten Zustand zurückkehrt,
gestattet es die Diode D3, daß der
Ausgang von dem Komparator COMP1 zurück in seinen nicht-invertierten
Zustand umschaltet.
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Nach der vorbestimmten Zeitdauer
T fährt
das Wiederaufladen fort, bis die Spannung am invertierenden Eingang
des Komparators COMP1 wieder anzeigt, daß die vorbestimmte Stromschwelle
IT erreicht worden ist, und bewirkt, daß der Ausgang des Komparators
COMP1 invertiert wird. Der Schalter TR1 öffnet deshalb, und es wird
eine weitere Teilentladung für
die vorbestimmte Zeitdauer T durchgeführt. Der Prozeß des Öffnens des
Schalters TR1, wenn die vorbestimmte Stromschwelle IT erreicht ist,
und seines Schließens, nachdem
die vorbestimmte Zeitdauer T verstrichen ist, wird so lang wiederholt,
wie der EST-Impuls vorhanden bleibt.
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Wenn das EST-Signal an der nacheilenden
Flanke des EST-Impulses auf low geht, spricht der auf EST ansprechende
Komparator COMP4 an, indem er seinen Ausgang in den invertierten
Zustand umschaltet. Wie es oben angegeben ist, bewirkt dies, daß der Schalter
TR1 offen bleibt und den Stromfluß durch den Stromweg 402 hindurch
verhindert. Der Spule 420 wird dann gestattet, sich vollständig durch
ihre Sekundärwicklung 424 und
die Zündkerze 410 hindurch
zu entladen. Das Wideraufladen danach wird nicht begonnen, bis ein
weiterer EST-Impuls empfangen wird.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung
ist leicht ersichtlich, daß die
Schaltung 400 auf einen ersten Übergang (z.B. den Übergang
von low nach high) in dem EST-Signal (oder Zeitgebungssignal) anspricht,
der die Schaltung 400 anweist, ein Laden der Spule 420 (oder
der induktiven Energiespeichervorrichtung) zu beginnen. Die Schaltung 400 beginnt
in Ansprechen auf den ersten Übergang
das Laden der Spule 420.
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Es ist auch leicht ersichtlich, daß die Schaltung 400 auf
einen zweiten Übergang
(z.B. einen Übergang von
high nach low) in dem EST-Signal (oder Zeitgebungssignal) anspricht,
der die Schaltung 400 anweist, den Weg 402 zumindest
bis zu einem anschließenden Übergang
in dem EST-Signal
offenzuhalten. In Ansprechen auf den zweiten Übergang hält die Schaltung 400 den
Stromweg 402 offen, wodurch die Wiederholungen des Schließens und
Wiederöffnens
des Weges 402 beendet werden und gestattet wird, daß die vorbestimmte
Energiemenge im wesentlichen vollständig durch die Sekundärwicklung 424 hindurch
entladen wird, zumindest bis ein anschließender Übergang in dem EST-Signal (oder
Zeitgebungssignal) an die Schaltung 400 angelegt wird.
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Da die Schaltung 400 das
Wiederaufladen rechtzeitig beginnt, bevor ein vollständiges Entladen
erreicht werden kann, indem das Entladen auf die vorbestimmte Zeitdauer
T begrenzt wird, wenn der EST-Impuls vorhanden ist, verwendet die
Schaltung 400 vorteilhaft den wirksamsten Teil des Wiederaufladen-
und Entladen-Zyklus, da er die Mehrfachlade- und Mehrfachzündabfolge
bereitstellt.
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Sollte der Wunsch der Verwendung
existierender EST-Impulse von herkömmlichen PTCU nachlassen oder
es auf andere Weise gewünscht
oder. praktisch durchführbar
sein, zu modifizieren, wie die PTCU die EST-Impulse liefert, stellt
die vorliegende Erfindung auch ein Mehrfachladezündsystem und -verfahren bereit, das
auf zwei aufeinanderfolgende EST-Impulse
für jeden
Arbeitstakt anspricht.
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Nach 13 löst der erste
Impuls 500 der beiden EST-Impulse 500, 502 das
anfängliche
Laden der Spule aus. Im besonderen bewirkt die voreilende Flanke
LE des ersten Impulses 500, daß der Primärstrom PI eingeschaltet wird
(d.h., sie schließt
den Schaltkreis durch die Primärwicklung
hindurch). Die Dauer des ersten Impulses 500 bestimmt,
wie lang der Primärstrom
PI an bleibt, und bestimmt daher, wie lang die Spule geladen wird.
Diese Dauer entspricht somit der Zeit, die erforderlich ist, um
die vorbestimmte Energiemenge in der Spule zu speichern. Nach 13 nimmt der Strom PI durch
die Primärwicklung
hindurch progressiv zu, wenn die Spule während des ersten Impulses 500 geladen
wird.
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Die nacheilende Flanke TE des ersten
Impulses 500 löst
dann das anfängliche
Teilentladen der Spule aus. Insbesondere bewirkt die nacheilende Flanke
TE des ersten Impulses 500, daß der Schaltkreis durch die Primärwicklung
hindurch öffnet,
wodurch der Primärstrom
PI beendet wird und eine erste Teilentladung der Spule durch die
Sekundärwicklung
der Spule hindurch und durch eine mit dieser verbundenen Zündkerze
hindurch begonnen wird. Die Dauer der ersten Teilentladung wird
durch die Zeit zwischen der nacheilenden Flanke TE des ersten Impulses 500 und
der voreilenden Flanke LE des zweiten Impulses 502 bestimmt.
Durch Steuern der Zeit zwischen den Impulsen 500, 502 ist
die PTCU in der Lage, selektiv zu bestimmen, wieviel Energie während der
ersten Teilentladung entladen wird. Die Zeit zwischen der nacheilenden
Flanke TE des ersten Impulses 500 und der voreilenden Flanke
LE des zweiten Impulses 502 ist vorzugsweise nicht länger als
die halbe Zeit, die erforderlich ist, damit sich die Spule vollständig entlädt.
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Der zweite Impuls 502 weist
ebenfalls eine durch die PTCU bestimmte Dauer auf. Die Dauer des
zweiten Impulses 502 entspricht einer Sollmehrfachladedauer,
während
der die Spule wiederholt geladen und teilweise entladen wird. Die
nacheilende Flanke TE des zweiten Impulses 502 kennzeichnet
das Ende der Mehrfachlade- und Mehrfachzündabfolge für diesen besonderen Arbeitstakt.
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Während
der Wiederholungen des Ladens und teilweisen Entladens bleibt die
Entladezeit vorzugsweise gleich der Zeit zwischen den ersten und
zweiten Impulsen 500, 502 (d.h., der Zeit zwischen
der nacheilenden Flanke TE des ersten Impulses 500 und
der voreilenden Flanke LE des zweiten Impulses 502). Ein
Schließen
des Schaltkreises durch die Primärwicklung
hindurch wird in dieser Hinsicht nach der vorbestimmten Zeitdauer
T nach dem Öffnen
dieses Schaltkreises ausgelöst.
Das Öffnen
des Schaltkreises durch die Primärwicklung
hindurch nach der anfänglichen
Teilentladung wird im Gegensatz dazu auf der Grundlage der Strommenge
ausgelöst,
die durch die Primärwicklung
hindurchfließt.
Der Schaltkreis wird vorzugsweise geöffnet, wenn der Primärstrom die
vorbestimmte Stromschwelle IT erreicht.
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Um das in 13 gezeigte beispielhafte Verfahren
auszuführen,
ist einzusehen, daß der
EST-Separator 52, der Mehrfachlade-Controller 54 und
das Treiber-Array 56 modifiziert werden können, um
auf die aufeinanderfolgenden Impulse 500, 502 geeignet
anzusprechen. Der EPROM 100 in 4 kann beispielsweise derart programmiert
werden, daß er
geeignet auf die aufeinanderfolgenden Impulse 500, 502 anspricht,
und das Treiber-Array kann modifiziert werden, um ein Schalten zur
nächsten
Spule- und Zündkerzenkombination nur
dann zu bewirken, nachdem beide Impulse 500, 502 empfangen
worden sind.
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Ein derartiges Zündsystem würde deshalb auf erste, zweite,
dritte und vierte Übergänge in einem
Zeitgebungssignal (z.B. dem EST-Signal von der geeignet modifizierten
PTCU) ansprechen, wobei: 1) der erste Übergang (z.B. die voreilende
Flanke LE des ersten Impulses 500) die elektronische Zündschaltung
anweist, das anfängliche
Laden der induktiven Energiespeichervorrichtung (z.B. der Spule)
zu beginnen, 2) der zweite Übergang
(z.B. die nacheilende Flanke TE des ersten Impulses 500)
anzeigt, daß ein
Laden der induktiven Energiespeichervorrichtung für eine Zeitdauer
fortgefahren ist, die ausreicht, um die vorbestimmte Energiemenge
zu erreichen, auf die die elektronische Zündschaltung anspricht, indem
sie den Weg durch die Primärwicklung
hindurch schließt,
um eine erste Teilentladung der vorbestimmten Energiemenge zu bewirken,
3) ein dritter Über gang
(z.B. die voreilende Flanke LE des zweiten Impulses 502)
die elektronische Zündschaltung anweist,
die Wiederholungen des Schließens
und Wiederöffnens
des Stromweges durch die Primärwicklung hindurch
zu beginnen, um die induktive Energiespeichervorrichtung durch ihre
Sekundärseite
hindurch wiederaufzuladen bzw. teilweise zu entladen, und 4) ein
vierter Übergang
(z.B. die nacheilende Flanke TE des zweiten Impulses 502)
die elektronische Zündschaltung
anweist, die Wiederholungen zu beenden, indem die vorbestimmte Energiemenge
im wesentlichen vollständig
durch die Sekundärseite
hindurch entladen wird.
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Nach den 14 und 15 nutzen
die vorstehenden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die wirksamsten Aspekte des Spulenlade-
und Entladezyklus aus, indem die Ladezeit während der Mehrfachlade- und
Mehrfachzündabfolge
auf nicht mehr als die halbe Zeit begrenzt wird, die erforderlich
ist, um ein vollständiges
Entladen der Spule zu erreichen. Nach 14 führen
die abschließenden
50% der Zeit, die erforderlich ist, um die Spule auf einen vorbestimmten
Energiepegel aufzuladen, zu einer Speicherung von annähernd 75%
dieser Energie. Gleichermaßen
werden nach 15 annähernd 75%
der Energie in der Spule während der
ersten Hälfte
der Zeit entladen, die erforderlich ist, um ein vollständiges Entladen
der Spule zu erreichen.
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16 zeigt,
wie der Mehrfachladeansatz im Vergleich mit anderen Zündungstechniken
ist. Im besonderen ist 16 eine
graphische Darstellung der gelieferten Energie als Funktion der
Motordrehzahl zu einem Zeitpunkt im ungünstigsten Fall für eine sogenannte "Ion-Sense-Anwendung" (Null Grad Vorverstellung).
Aus 16 ist leicht ersichtlich,
daß nur
ein mäßiger Boost
der Energie unter Verwendung der sogenannten "Ramp- and-Fire-Technik" möglich ist.
Um dies zu bewerkstelligen, wird der primäre Durchbruchsstrom von nominal
15 Ampere auf 20 Ampere erhöht.
Die Stromzunahme kann jedoch einen IGBT mit höherem Nennwert erfordern.
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Der sogennante "Multistrike-Ansatz" ist in der Lage, etwas mehr Energie
bei sehr niedrigen Drehzahlen zu liefern, aber mit der Beschränkung, daß die aufeinanderfolgenden
Energieimpulse zu spät
kommen, um zu dem gewünschten
Verbrennungsprozeß beizutragen.
Der Mehrfachladeansatz der vorliegenden Erfindung dagegen nimmt
Energie mit einer viel schnelleren Rate an und gibt diese mit einer
viel schnelleren Rate wieder frei und wirkt vorwiegend auf den Hochleistungsteil
der Entladung. Dies neigt wiederum dazu, die Flammkernentwicklung
frühzeitig
zu steigern, während
vorteilhaft die lange Dauer für
geschichtete Gemische aufrechterhalten bleibt.
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Ein Mehrfachladen gestattet auch
vorteilhaft, daß die
Spule beliebig klein sein kann, auf Kosten eines Betriebes bei höherer Frequenz.
Schaltverluste werden den besseren Ausgleich zwischen Größe und Frequenz
herstellen. Dieses Konzept ist nicht auf sogenanntes "ion sense" begrenzt. Dies kann
wesentlich zu Anstrengungen beitragen, die Spulengröße zu verringern,
während
die Energie und die Dauer erhöht
werden.
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Während
eine Wechselstromzündung ähnlich wie
der Mehrfachladeansatz Leistungsvermögen bereitstellen könnte, bringt
diese jenes bei viel höheren
Kosten und unter Verwendung einer komplexeren Schaltung hervor.
Eine Wechselstromzündschaltung
erfordert beispielsweise eine Energieversorgung mit ihren zusätzlichen
Bautelementen sowie einen Hochtem peratur-Filterkondensator. Derartige
Hochtemperatur-Filterkondensatoren können, selbst wenn es sie gibt,
sehr teuer sein.
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Obwohl die in 3 veranschaulichte beispielhafte Ausführungsform
einen einzigen Mehrfachlade-Controller 54 aufweist, der
alle EST-Impulse empfängt
und die gewünschte
Zündabfolge
auf alle Brennkammern über
das Treiber-Array 56 verteilt, versieht ein stärker bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
für Motoren
mit mehreren Brennkammern jede Brennkammer (oder Gruppe von ähnlich betätigten Brennkammern)
mit ihrer eigenen elektronischen Zündschaltung 24, die
in Ansprechen auf die PTCU 34 (z.B. in Ansprechen auf den EST-Impuls)
arbeitet. Das Ansprechvermögen
des bevorzugten Systems auf existierende PTCU 34 und EST-Impulse
von diesen vermeidet vorteilhaft die Notwendigkeit, die existierenden
PTCU umzukonfigurieren, und vermeidet auch die Notwendigkeit, die
elektronische Zündschaltung 24 mit
anderen Eingängen
als den EST-Impulsen zu versorgen. Während derartige Anordnungen
leicht eine Verdoppelung der Bauelemente in der elektronischen Zündschaltung 24 erfordern,
lassen sie es vorteilhaft zu, daß jede Mehrfachlade-Zündschaltung 24 unmittelbar
neben ihrer jeweiligen Zündkerze
angeordnet sein kann. In dieser Hinsicht kann jede elektronische
Zündschaltung 24 mit
einer "Stiftspule" (pencil coil) an
der jeweiligen Zündkerze
versehen sein, wodurch die Notwendigkeit für Hochspannungs-Bauelemente
(z.B. eine Hochspannungs-Zündkerzenverkabelung)
minimiert oder beseitigt wird, die sich sonst über die Nachbarschaft jeder
Zündkerze
hinaus erstrecken würde.
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In 17 ist
eine beispielhafte Ausführungsform
für einen
4-Zylinder-Motor
veranschaulicht. Eine existierende PTCU 34 liefert vier
EST-Signale (EST1, EST2, EST3, EST4), und zwar eines für jeden
Zylinder. Jede Zünd kerze 26 ist
mit ihrer eigenen elektronischen Zündschaltung 24 und
ihrer eigenen induktiven Energiespeichervorrichtung 22 (z.B.
Zündspule)
versehen. Die elektronische Zündschaltung 24 kann
unter Verwendung von irgendeiner der vorstehenden beispielhaften
Ausführungsformen
mit geeigneten Modifikationen ausgeführt sein. Die resultierende
Anordnung vermeidet die Notwendigkeit für das Treiber-Array 56 und
den EST-Separator 52 und reduziert die Anforderungen des
Dioden-Arrays 220 in 7 auf
nur eine einzige Diode, die mit der Primärwicklung der jeweiligen induktiven
Energiespeichervorrichtung 22 verbunden ist. Jede elektronische
Zündschaltung 24 steuert
daher ihren jeweiligen Schalter (z.B. einen der IGBT 230,
die in 8 gezeigt sind) über einen
Puffer 126 oder 127, um den Primärstrom auf
die oben beschriebene Weise in Ansprechen auf den jeweiligen EST-Impuls
von der PTCU 34 selektiv anzulegen. Dies kann vorteilhaft
ohne die Notwendigkeit für
irgendein anderes Eingangssignal bewerkstelligt werden. Es gibt
folglich keine Notwendigkeit, die elektronische Zündschaltung
mit einem separaten, den Kurbelwinkel anzeigenden Signal oder irgendeinem anderen
Signal für
diese Aufgabe zu versehen.
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Die in 17 veranschaulichte 4-Zylinder-Ausführungsform
ist lediglich eine Ausführungsbeispiel.
Ein Fachmann hätte
keine Schwierigkeit, die vorstehenden Lehren auf 6-Zylinder, 8-Zylinder
oder andere Anzahlen und Anordnungen von Brennkammern auszudehnen.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
können
vorteilhaft und unter Verwendung kleiner, billiger Spulen ausgeführt werden,
und erfordern keine sehr komplexen elektronischen Bauelemente. Die
Verbesserung des Leistungsvermögens,
das durch die Ausführungsbeispiele
geschaffen wird, ist insbesondere offensichtlich, wenn die Zündkerzen schadhaft
sind. Es wird auch einen Betrieb mit Zündkerzen für einen kälteren Wärmebereich möglich, wodurch
die Anzahl von erforderlichen Zündkerzenmodellen
reduziert wird. Es gibt auch eine merkliche Verbesserung bei der
Startfähigkeit
magerer Gemische.
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Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft
bei sogenannten Ion-Sense-Anordnungen,
Anordnungen unter Verwendung von Benzindirekteinspritzung und 2-Takt-Motoren
angewandt werden. Sie stellt auch eine zuverlässige Alternative dar, eine
Hochenergiespule in der Nähe
der Zündkerzen
vorzusehen.
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Während
die vorliegende Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsbeispiele
und Ausführungsformen
beschrieben worden ist, ist zu verstehen, daß dem Fachmann, an den sich
diese Erfindung richtet, zweifellos verschiedene Modifikationen
und Veränderungen
in den Sinn kommen werden. Beispielsweise können die Anzahl von Zündkerzen
und die Dauer jedes Funkens gegenüber den hierin offenbarten
verändert
werden.
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Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein
System und ein Verfahren zur Bereitstellung einer Mehrfachladezündung. Das
Verfahren und das System sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie zumindest einige
der Mehrfachladeereignisse des Systems und des Verfahrens auf eine
stromabhängige
Weise auslösen.
Vorzugsweise können
existierende Antriebsstrangsteuereinheiten (PTCU) mit dem System
und dem Verfahren ohne Bedarf für
andere Signale als das Zeitgebungssignal (z.B. EST-Impuls) aus der
PTCU verwendet werden. Das Verfahren umfaßt, daß eine induktive Energiespeichervorrichtung
geladen wird, indem ein elektrischer Strom durch eine Primärseite der
induktiven Energiespeichervorrichtung hindurch fließen gelassen wird,
bis eine vorbestimmte Energiemenge in dieser gespeichert ist, ein
Teil der vorbestimmten Energiemenge durch die Sekundärseite der
induktiven Energiespeichervorrichtung hindurch entladen wird, indem
ein Weg des elektrischen Stromes durch die Primärseite hindurch bei Erreichen
der vorbestimmten Energiemenge in der induktiven Energiespeichervorrichtung
entladen wird, und der Weg wiederholt geschlossen und wieder geöffnet wird,
um die induktive Energiespeichervorrichtung wiederaufzuladen bzw.
teilweise zu entladen, wobei das Wiederöffnen des Weges auf der Grundlage
der Energiemenge ausgelöst
wird, die in der induktiven Energiespeichervorrichtung gespeichert
ist. Das Mehrfachladezündsystem
umfaßt
eine induktive Energiespeichervorrichtung und eine elektronische
Zündschaltung.
Die induktive Energiespeichervorrichtung weist aneinander gekoppelte
Primär-
und Sekundärseiten
auf. Die elektronische Zündschaltung
ist mit der Primärseite verbunden
und derart ausgebildet, daß sie
das vorstehend erwähnte
Verfahren ausführt.