DE69031878T2

DE69031878T2 - Zündvorrichtung mit mehrfacher Funkenzündung

Info

Publication number: DE69031878T2
Application number: DE69031878T
Authority: DE
Inventors: Seiji Morino; Masato Somiya; Kozo Takamura; Yasuhito Takasu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2010-03-13
Also published as: US5056496A; EP0387768A2; EP0387768A3; DE69031878D1; ES2110952T3; EP0387768B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem in Mehrfach-Zündfunken-Bauart, welches hauptsächlich in Zusammenhang mit einer Brennkraftmaschine verwendet wird.
Konventionelle Zündsysteme zum Erzeugen einer ausreichenden Zündenergie in einem Zündzeitpunkt beinhalten eine Kombination aus einem Zündsystem, bei dem ein Kondensator entladen wird (Kondensator-Entlade-Bauart), und einem Zündsystem, bei dem Mehrfach-Zündfunken erzeugt werden (wie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 3906919 offenbart), oder beinhalten ein System zum Versorgen eines Zündsystems in Mehrfach-Zündfunken-Bauart mit der in einer Energiespeicherspule gespeicherten Energie (wie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4326493 offenbart)
Ein bekanntes System&sub1; das eine einfache Kombination aus einem Zündsystem in Kondensator-Entlade-Bauart und einem Zündsystem in Mehrfach-Zündfunken-Bauart ist, erfordert zwei Arten von Spulen, d.h. solche für die Entladung des Kondensators und für die Mehrfach-Zündungen, als Primärwicklungen für die Zündspule. Dies wiederum erfordert drei Umschalteinrichtungen mit großer Kapazität zum Ansteuern der Primärwicklungen und einen DC-DC- bzw. Gleichsignal- Gleichsignal-Wandler, der exklusiv für das Zündsystem in Kondensator-Entlade-Bauart verwendet wird. Das sich hieraus ergebende Erfordernis einer großen Anzahl von Teilen und ein komplizierter Aufbau führt zu dem Problem hoher Kosten.
Das letztgenannte konventionelle System andererseits, bei dem in der Energiespeicherspule gespeicherte Energie nur einem Zündsystem in Mehrfach-Zündfunken-Bauart zugeführt wird, weist den Nachteil eines kleinen Funkenstroms in der Anfangsphase der Zündung auf, was im Vergleich zu dem früheren konventionellen System in Kondensator-Entlade-Bauart zu einer geringeren Zündfähigkeit führt.
Ferner offenbart die Druckschrift WO-A-8 604 118 ein gepulstes Plasma-Zündsystem mit kapazitiver Entladung, bei dem ein Leistungsinverter verwendet wird, um einen Zündkondensator zu laden. Der Leistungsinverter ist derart ausgebildet, daß er durch einen Spannungspegelsensor, der die Ausgangsspannung des Leistungsinverters erfaßt, abgeschaltet wird. Das Zündsystem wird durch einen Eingangsimpuls getriggert, der bewirkt, daß ein einzelner gesteuerter Silizium-Gleichrichter eine vorbestimmte Anzahl von Malen und für eine vorbestimmte Zeitdauer wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, wodurch eine vorbestimmte Anzahl von Zündungen über den Zündkondensator und die Zündspule ausgelöst werden.
Darüber hinaus offenbart die Druckschrift EP-A-0 371 930, die einen Stand der Technik nach Art. 54(3) EPÜ bildet, ein Thyristor-Zündsystem für eine Brennkraftmaschine, bei der ein Paar von gesteuerten Siliziumgleichrichtern als Schalteinrichtung in einem als solches bekanntem System verwendet wird. Im Rahmen dieser Verwendung wird ein erster Schalter geschlossen, um einen Zündkondensator zu laden, wobei dann der Ladestrom durch Öffnen des ersten Schalters bei gleichzeitigem Schließen eines zweiten Schalters unterbrochen wird, um den Kondensator über eine Zündspule zu entladen.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zündsystem in Mehrfach-Zündfunken-Bauart zu schaffen, die einen vergleichsweise einfachen Aufbau aufweist und eine Zündleistung erzeugt, die einer Kombination der Zündsysteme in Kondensator-Entlade-Bauart und Mehrfach-Zündfunken-Bauart zumindest gleichwertig ist.
In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken bereitgestellt, umfassend: eine erste serielle geschlossene Schaltung mit einer Gleichsignal-Leistungsversorgung, einer Energiespeicherspule und einer ersten Schalteinrichtung; eine zweite serielle geschlossene Schaltung mit der Energiespeicherspule, einer Rückfluß-Blockiereinrichtung, der Primärwicklung der Zündspule und einer zweiten Schalteinrichtung; einen Kondensator, der über die Rückfluß-Blockiereinrichtung mit der Energiespeicherspule verbunden ist; eine erste Steuersignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines ersten Steuersignals, welches die erste Schalteinrichtung in einem Zündzeitpunkt abtrennt, nachdem diese für eine vorbestimmte Zeit vor dem Zündzeitpunkt eingeschaltet wurde, um Energie in der Energiespeicherspule zu speichern; eine Einrichtung zum Erzeugen eines Mehrfachzündfunken-Steuersignals zum abwechselnden Ein- und Ausschalten der ersten und der zweiten Schalteinrichtung während einer vorbestimmten Zündfunkendauer nach dem Einschalten der zweiten Schalteinrichtung ab dem Zündzeitpunkt; und einer Einrichtung zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals zum Laden des Kondensators mit der in der Energiespeicherspule gespeicherten Energie durch Ausschalten der ersten Schalteinrichtung, nachdem diese zum Speichern von Energie in der Energiespeicherspule eingeschaltet wurde, während die zweite Schalteinrichtung ausgeschaltet ist.
Die abhängigen Patentansprüche beschreiben besondere Ausführungsformen der Erfindung.
Mit diesem Aufbau wird die erste Schalteinrichtung durch die erste Steuersignal-Erzeugungseinrichtung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vor einem Zündzeitpunkt eingeschaltet, um dadurch Energie in der Energiespeicherspule zu speichern, wonach die erste Schalteinrichtung zum Zündzeitpunkt ausgeschaltet wird. Sodann wird die zweite Schalteinrichtung durch die Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung ab dem Zündzeitpunkt eingeschaltet, so daß die Primärwicklung der Zündspule mit der zuvor in dem Kondensator gespeicherten Energie und der in der Energiespeicher spule gespeicherten Energie versorgt wird. Während einer darauffolgenden vorbestimmten Zündfunkendauer erzeugt die Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung ein Mehrfachzündfunken-Steuersignal zum abwechselnden Ein- und Ausschalten der ersten und der zweiten Schalteinrichtung, so daß während der Zündfunkendauer periodisch eine Zündenergie von der Energiespeicherspule an die Zündspule abgegeben wird. Ferner schaltet die zweite Steuersignal-Erzeugungseinrichtung die erste Schalteinrichtung ein, während die zweite Schalteinrichtung ausgeschaltet ist, woraufhin, nachdem auf diese Art und Weise Energie in der Energiespeicherspule gespeichert wurde, die erste Schalteinrichtung ausgeschaltet und der Kondensator durch die in der Energiespeicherspule gespeicherte Energie geladen wird.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine elektrische Schaltung in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 2 und 3 zeigen Signalverläufe an verschiedenen Abschnitten des in Fig. 1 gezeigten Systems zum Erklären von dessen Funktionsweise.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine elektrische Schaltung in Übereinstimmung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 5 zeigt Signalverläufe an verschiedenen Abschnitten des in Fig. 4 gezeigten Systems zum Erklären von dessen Funktionsweise.
Fig. 6 und 7 sind Diagramme, die elektrische Schaltungen in Übereinstimmung mit einem dritten und einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.
Fig. 8 zeigt Signalverläufe an verschiedenen Abschnitten zum Erklären der Funktionsweise des in Fig. 7 gezeigten Systems.
Fig. 9 ist ein Diagramm, das eine elektrische Schaltung in Übereinstimmung mit einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 10 und 11 sind Ablaufdiagramme zum Erklären der Funktionsweise eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 12 ist ein Kennliniendiagramm, das die Zündfunkendauer gegenüber der Drehzahl in Übereinstimmung mit dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 13 ist ein Kennliniendiagramm, das den Isolationswiderstand gegenüber dem Ergebnis des Testzyklus in Übereinstimmung mit dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 14 und 15 sind ein längsweiser Querschnitt und ein vergrößerter, teilweise aufgeschnitteter längsweiser Querschnitt einer selbstreinigenden Zündkerze, wie sie in dem sechsten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Ein erstes Ausführungsbeispiel, welches auf ein Zündsystem für Brennkraftmaschinen angewandt wird, ist in Fig. 1 gezeigt. Der negative Pol einer Batterie 1, die eine Gleichsignal-Leistungsversorgung bereitstellt, ist mit der Erde bzw. der Masse verbunden, und der positive Pol derselben ist über einen Schlüselschalter 2 mit einem Ende einer Energiespeicherspule 3 verbunden. Das andere Ende der Spule 3 ist mit dem Kollektor eines Leistungstransistors 6, der eine erste Schalteinrichtung bildet, verbunden. Der Emitter des Leistungstransistors 6 ist über einen Stromerfassungstransistor 7 mit der Masse verbunden. Ein Bezugszeichen 5 bezeichnet eine gut bekannte elektronische Steuereinheit (ECU), die aus einem Computer besteht. Diese ECU generiert ein Zündsignal IGt als ein erstes Steuersignal, wie in Fig. 2(a) und 3(a) gezeigt, das bei einem vorbestimmten Winkel (beispielsweise 300 Kurbelwellenwinkel) vor einem Zündzeitpunkt auf einen hohen Pegel ansteigt und im Zündzeitpunkt abfällt, sowie ein Zündfunkendauersignal IGw, das, wie in Fig. 2(b) und 3(b) gezeigt, in einem Zündzeitpunkt ansteigt und danach bei einem vorbestimmten Winkel (beispielsweise 30º Kurbelwellenwinkel) abfällt. Ein Bezugszeichen 40 bezeichnet eine Verzögerungsschaltung zum Verzögern des Anstiegs des Zündsignals IGt um eine vorbestimmte Zeitdauer (beispielsweise 40 µs)
Das Zündsignal wird durch die Verzögerungsschaltung 40 an eine gut bekannte Schließwinkel-Konstantstrom-Steuerschaltung 4 angelegt. In Übereinstimmung mit dem durch einen Stromerfassungswiderstand 7 erfaßten Strom IA unterwirft die Schließwinkel-Konstantstrom-Steuerschaltung 4 den Wert des Stroms IA und die Erregungszeit (Schließwinkel) einer Rückkopplungssteuerung Der Ausgang der Schließwinkel- Konstantstrom-Steuerschaltung 4 ist über einen Transistor 27 und Widerstände 27, 28 mit der Basis eines Leistungsverstärkers 6 verbunden. Eine Energiespeicherschaltung 100, die so aufgebaut ist, daß sie die Schließwinkel-Konstantstrom-Steuerschaltung 4, den Stromerfassungswiderstand 7, den Transistor 26, die Widerstände 27, 28 und den Leistungstransistor 6 beinhaltet, weist eine Zündspule auf, die durch die Energiespeicherspule 3 ohne Sekundärwicklung in einem normalen Zündsystem des Stromabschaltungstyps ersetzt wird, und beinhaltet weitere Elemente, die zu denjenigen in einem konventionellen System identisch sind.
Das Ausgangssignal der Energiespeicherschaltung 100 wird durch den Kollektor des Transistors 6 zugeführt und über eine Diode 9, die eine Rückfluß-Blockier- bzw. -Sperreinrichtung bildet, mit einem Ende eines Kondensators 13 verbunden. Das andere Ende des Kondensators ist mit der Masse verbunden. Ein Ende des Kondensators 13 ist mit einem Ende der Primärwicklung 10a der Zündspule 10 jedes Zylinders der Brennkraftmaschine verbunden, und das andere Ende der Primärwicklung 10a jeder Zündspule 10 ist mit dem Drain-Anschluß des MOSFET ha jedes Zylinders verbunden, wodurch eine zweite Schalteinrichtung gebildet wird. Der Source Anschluß jedes der FETs 11a ist mit der Masse verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung 10b jeder Zündspule 10 ist mit der Masse verbunden, und das andere Ende derselben ist mit dem Zündkerzenstecker jedes Zylinders verbunden. Der Kondensator 13 ist in Sperrichtung parallel zu einer Diode 24 verschaltet.
Bezugszeichen 8b, 50b bezeichnen eine Konstantstrom-Steuerschaltung und eine monostabile Multivibratorschaltung, die eine Steuersignal-Erzeugungseinrichtung bilden. Die Konstantstrom-Steuerschaltung 50b schaltet den Leistungstransistor 6 am Ende der Erzeugung des Zündfunkendauer-Abschnittsignals IGw ein, und schaltet dann, wenn der in dem Transistor 6 fließende Strom JA einen vorbestimmten Wert übersteigt, den Leistungstransistor 6 aus. Fig. 3(f) zeigt ein Signal, das durch die Konstantstrom-Steuerschaltung 50b erzeugt wird. Die monostabile Multivibratorschaltung 8b andererseits dient dazu, den Leistungstransistor in dem Fall, in dem der in dem Leistungstransistor 6 fließende Strom nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer (beispielsweise 5 ms) seit dem Einschalten des Leistungstransistors 6 am Ende der Erzeugung des Zündfunkendauersignals IGw einen vorbestimmten Wert nicht erreicht, auszuschalten. Fig. 3(h) zeigt ein Signal mit monostabilem Ausgang, das durch die monostabile Multivibratorschaltung 8b erzeugt wird. Das Bezugszeichen 600 bezeichnet eine Mehrfach-Entladesteuersignal-Erzeugungsschaltung zum abwechselnden Ein- und Ausschalten des Leistungstransistors 6 und des FET ha während der Erzeugung des Zündfunkendauersignals IGw. Die Signalerzeugungseinrichtung 600 beinhaltet eine von der Quellenspannung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60A, 60B zum Erzeugen von Mehrfachzündfunken-Steuersignalen, wie sie in Fig. 2(i) bzw. (j) gezeigt sind, um den Leistungstransistor 6 und den FTE 11a für eine der Quellenspannung der Batterie 1 entsprechende Zeitdauer ein- und auszuschalten. Das Ausgangssignal der einen von der Quellenspannung abhängigen Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60A ist mit der Basis des Transistors 26 verbunden, und das Ausgangssignal der anderen von der Quellenspannung abhängigen Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60B wird über eine Verteilerschaltung 8A der Ansteuerschaltung für jeden Zylinder zugeführt. Das Ausgangssignal jeder Ansteuerschaltung 60 ist mit dem Gate-Anschluß jedes FET ha verbunden. Die Verteilerschaltung 8A dient dazu, das Ausgangssignal der von der Quellenspannung abhängigen Leitungszeit-Ermittlungs einrichtung 60B auf die Ansteuerschaltungen 60 der Zylinder entsprechend den Abschnitten IGw des Zündfunken-Dauersignals zu verteilen. Ein Bezugszeichen 45 bezeichnet eine Leistungsversorgungsschaltung zum Vorbereiten einer Ansteuer-Leistungsversorgung für jede Ansteuerschaltung 60 durch die Ladespannung des Kondensators 13 und der Batterie 1.
Die Konstantstrom-Steuerschaltung 50b beinhaltet ein UND- Tor 16, einen Vergleicher 17, einen Inverter 21, ein Flip- Flop 30, Widerstände 43 bis 46 und einen Transistor 47. Die monostabile Multivibratorschaltung 8b besteht aus Widerständen 48, 51, 52, 107, 109, 111 und 113, einem Kondensator 53, Transistoren 82, 83 und einem Vergleicher 112.
Die von der Quellenspannung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60A beinhaltet Widerstände 614, 616, 613, 619, 621, 622, 626 und 633, Transistoren 615, 617, 620 und 625, einen Kondensator 623, einen Vergleicher 624, einen Inverter 627, ein ODER-Tor 628 und ein Flip-Flop 610, und die von der Quellenspannung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 6D8 beinhaltet Widerstände 601, 603, 604, 606, 607, 612 und 644, Transistoren 602, 605 und 611, einen Kondensator 608, einen Vergleicher 609, ein UND-Tor 613 und ein Flip-Flop 610.
Der Betriebsablauf dieses Systems mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nachstehend unter Bezugnahme auf die an verschiedenen, in Fig. 2 gezeigten Abschnitten erzeugten Signalverläufe erklärt. Das Zündsignal IGt mit hohem Pegel, das von der ECU 5 produziert wird und in Fig. 2(a) gezeigt ist, schaltetden Leistungstransistor 6 ein, so daß durch die Batterie 1 Energie in der Energiespeicherspule 3 gespeichert wird. Zur Zeit T&sub0;, zu der ein Zündzeit punkt bereitgestellt wird, wenn das Zündsignal IGt auf den niedrigen Pegel reduziert wird, erzeugt die von der Quellenspannung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60A ein Ausgangssignal A mit hohem Pegel, das in Fig. 2(i) gezeigt ist. Dieses Signal A wird über die Verteilerschaltung 8A der Ansteuerschaltung jedes Zylinders zugeführt, so daß das Ausgangssignal der Ansteuerschaltung 60 den FET 11a jedes Zylinders einschaltet. Infolgedessen werden durch den entsprechenden FET ha Elektronenladungen, die bereits in dem Kondensator 13 gespeichert sind, der Primärwicklung 10a der Zündspule 10 des jeweiligen Zylinders zugeführt. Der Leistungstransistor 6 wird mit einer bestimmten Zeitverzögerung, die durch die Verzögerungsschaltung 40 nach dem Abfall des Zündsignals IGt auf den niedrigen Pegel zur Zeit T&sub0; gegeben ist, abgeschaltet, wodurch ein Zündzeitpunkt bereitgestellt wird, so daß die in der Energiespeicherspule 3 gespeicherte Energie mit der Energie des Kondensators 13 kombiniert wird, und infolgedessen der in Fig. 2(e) gezeigte Strom der Primärwicklung 10a der Zündspule 10 des einzelnen Zylinders zugeführt wird, wodurch ein in Fig. 2(g) gezeigter Sekundärstrom in der Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10 fließt und dadurch ein Zündfunke in der Zündkerze 15 erzeugt wird. Während das Zündfunken-Dauersignal IGw erzeugt wird, erzeugen die von der Quellenspannung abhängigen Leitungszeit-Ermittlungseinrichtungen 60A, 60B abwechselnd die Mehrfachzündfunken-Steuersignale A und B mit einer vorbestimmten zeitlichen Breite, die durch die Batteriespannung festgelegt wird, wie in Fig. 2(i), 2(j) gezeigt. Der Leistungstransistor 6 und der entsprechende FET 11a werden abwechselnd ein- und ausgeschaltet, wodurch periodisch Energie in der Energiespeicherspule 3 gespeichert wird. Diese Energie wird periodisch der Primärwicklung 10a der Zündspule 10 des entsprechenden Zylinders zugeführt, mit dem Ergebnis, daß ein Mehrfachzündfunkenstrom in der Zündkerze 15 des entsprechenden Zylinders fließt, wie in Fig. 2(g) gezeigt.
Außerdem wird in der Konstantstrom-Steuerschaltung. 50b der -Ausgang des Flip-Flops 30, das durch das in Fig. 3(b) gezeigte Zündfunkendauersignal IGw zurückgesetzt wird, auf einen hohen Pegel angehoben, wie in Fig. 3(d) gezeigt, wenn das Zündfunkendauersignal IGw auf hohem Pegel liegt. Auch dann, wenn das Zündfunkendauersignal IGw von hochpegelig nach niedrigpegelig wechselt, bleibt das Ausgangssignal des Flip-Flops 30 unverändert. Wenn das Zündfunkendauersignal IGw von seinem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel fällt, steigt der Ausgang der monostabilen Vibratorschaltung 8b wie in Fig. 3(h) gezeigt auf den hohen Pegel an. Gleichzeitig steigt der Ausgang des Inverters 21 wie in Fig. 3(g) gezeigt auf den hohen Pegel an, so daß daher sämtliche Eingänge des UND-Tors 16 auf den hohen Pegel wechseln, weshalb dessen Ausgang auf den hohen Pegel wechselt und dadurch der Transistor 47 eingeschaltet wird. Infolgedessen wird der Transistor 26 ausgeschaltet, wird der Leistungstransistor 6 eingeschaltet und wird Energie in der Energiespeicherspule 3 gespeichert. Wenn ausreichend Energie in der Energiespeicherspule 3 gespeichert ist und infolgedessen der in dem Leistungstransistor 6 fließende Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, steigt der Ausgang des Vergleichers 17 auf den hohen Pegel und setzt das Flip-Flop 30. Der Q-Ausgang des Flip-Flops 30 wird auf diese Art und Weise wie in Fig. 3(d) gezeigt auf den niedrigen Pegel gesetzt und schaltet infolgedessen den Leistungstransistor 6 aus. Der Kondensator 13 wird durch die in der Energiespeicherspule 3 gespeicherte Energie wie in Fig. 2(d) gezeigt auf eine vorbestimmte Spannung geladen. Die Ladespannung dieses Kondensators 13 wird für den Zündzyklus des nächsten Zylinders verwendet.
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf das Schaltungsdiagramm gemäß Fig. 1 und das Zeitverlaufsdiagramm gemäß Fig. 2 eine Erklärung hinsichtlich der Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung 600.
Wenn dieser das in Fig. 2(b) gezeigte Zündfunkendauersignal IGw mit dem hohen Pegel zugeführt wird, werden die Transistoren 602 und 605 eingeschaltet, so daß die Aufladung des Kondensators 608 über die Quellenspannung VB durch den Widerstand 606 beginnt und einen als VC1 in Fig. 2(f) gezeigten Signalverlauf erzeugt. Wenn die zu dem Kondensator 608 parallele Spannung VC1 einen vorbestimmten Pegel VTH1 erreicht, erreicht das Ausgangssignal des Vergleichers 609 einen hohen Pegel, ebenso wie der festgelegte Eingang des Flip-Flops 610, wodurch der Q-Ausgang des Flip-Flops 610 auf den hohen Pegel angehoben wird. Der resultierende Signalverlauf ist als B in Fig. 2(j) gezeigt. Gleichzeitig wird der -Ausgang des Flip-Flops 610 auf den niedrigen Pegel reduziert und durch das UND-Tor 613 in Form von A gemäß Fig. 2(i) erzeugt. In dem Prozeß beginnt der andere Kondensator 623, mit dem Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 610 als Trigger geladen zu werden, und wenn die in Fig. 2(h) gezeigte Spannung VC2 dieses Kondensators 623 einen vorbestimmten Pegel VTH2 erreicht, steigt das Ausgangssignal des Vergleichers 624 auf einen hohen Pegel an und wird durch das ODER-Tor 628 an den Rücksetz-Eingang des Flip- Flops 610 angelegt. Infolgedessen wird das Flip-Flop 610 zurückgesetzt. Unter dieser Bedingung entladen sich der Kondensator 608 durch den Q-Ausgang und der Kondensator 623 durch den Signalverlauf A über die jeweils eingeschalteten Transistoren 611 und 625. Der Betriebsablauf wird wiederholt, während das Signal IGw hochpegelig bleibt (beispielsweise während des Abschnitts von 30º Kurbelwellenwinkel) Die Kondensatoren 608 und 623 werden durch die Quellenspannung VB der Batterie 1 geladen, so daß sich daher die Impulsbreite der Signalverläufe A und B umgekehrt proportional zu der Quellenspannung VB ändert. Der Signalverlauf A nimmt ein Signal an, wobei der FET 11a abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird, und wobei der Signalverlauf B bei eingeschaltetem Leistungstransistor 6 abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Im einzelnen bildet die Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung 600 einen Oszillator in Quellenspannungssteuerungsbauart (wobei die Impulsbreite mit zunehmender Leistung verkürzt wird)
Nachstehend wird die Ursache für die Verfügbarkeit des Mehrfach-Zündfunkens (kontinuierlichen Zündfunkens) unter Bezugnahme auf Fig. 2(k) bis (m), entlang der Zeitachse expandiert, erklärt. Während der Zeitdauer zwischen T&sub0; bis T&sub1; fließt durch die Funktion eines Transformators dann, wenn Energie aus sowohl dem Kondensator 13 als auch der Energiespeicherspule 3 in der Primärwicklung 10a der Zündspule 10 fließt, der in Fig. 2(m) gezeigte Strom i&sub2; als negativer Funkenstrom in der sekundären Wicklung 10b der Zündspule 10, d.h. der Zündkerze 15. In dem Prozeß wird magnetische Energie in der Zündspule 10 gespeichert. Wenn der FET ha zum Zeitpunkt T&sub1; ausgeschaltet wird, fließt die gespeicherte magnetische Energie als positiver Zündfunkenstrom in der Zündkerze 15, um dadurch einen Zündfunken aufrechtzuerhalten. Während der Zeitdauer zwischen T&sub1; und T&sub2; wird andererseits unabhängig von der Zündspule 10 ausreichend Energie in der Energiespeicherspule 3 gespeichert, während Energie unverbraucht bleibt. Wenn der FET ha zur Zeit T&sub2; erneut eingeschaltet wird, wird nur die Energie der Energiespeicherspule 3 an die Zündkerze 15 abgegeben, während gleichzeitig die magnetische Energie in der Zündspule 10 gespeichert wird. Zur Zeit T&sub3; wird die Energie an die Zündspule 15 abgegeben, wenn der FET ha ausgeschaltet wird. Durch Wiederholen dieses Prozesses wird die Fun kenentladung der Zündkerze fortgesetzt, während das Zündfunknendauersignal IGw auf hohem Pegel verbleibt.
In Übereinstimmung mit diesem Verfahren wird Energie aus der Energiespeicherspule 3 während der Zeitdauer zwischen T&sub0; und T&sub1; an die Zündkerze 15 abgegeben, während gleichzeitig magnetische Energie in der Zündspule 10 gespeichert wird. Während der Zeitdauer zwischen T&sub1; und T&sub2; wird andererseits magnetische Energie an die Zündkerze 15 abgegeben, während gleichzeitig Energie in der Energiespeicherspule 3 gespeichert wird. Durch Wiederholen dieses Prozesses kann während einer Mehrfachzündfunkenperiode eine Funkenentladung an der Zündkerze 15 kontinuierlich bewirkt werden.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel umfaßt das zweite Ausführungsbeispiel ferner eine Leitungszeit-Einstelleinrichtung 600a, die zu der Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung 600 hinzugefügt ist, zum Einstellen der ersten Leitungszeit des FET 11a an einem Zündzeitpunkt separat von der Leitungszeit für aufeinanderfolgende Mehrfachzündfunken-Perioden. Diese Leitungszeit- Einstelleinrichtung 600a beinhaltet einen Widerstand 630, einen Transistor 629 und eine monostabile Vibratorschaltung 8, die mit dem Abfall des Zündsignals IGt getriggert wird, um ein Signal mit hohem Pegel und einer vorbestimmten zeitlichen Breite (beispielsweise 0,3 ms) zu erzeugen, wie in Fig. 5(j) gezeigt. In dieser Konfiguration wird der Transistor 629 eingeschaltet und der Ausgang des Vergleichers 609 kurzgeschlossen, während die monostabile Multivibratorschaltung 8 ein monostabiles hochpegeliges Signal erzeugt, wobei zu einem Zündzeitpunkt das Zündsignal IGt auf einen niedrigen Pegel reduziert ist. Infolgedessen wird verglichen mit der Leitungszeit während aufeinanderfolgender Mehrfachzündfunken-Perioden die erste Leitungszeit des FET 11a zu einem Zündzeitpunkt um die Entladezeit des Kondensators 13 verlängert. Die an verschiedenen Abschnitten der Fig. 4 erzeugten Signalverläufe sind in Fig. 5 gezeigt.
Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Verglichen mit dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ist die von der Quellenspannung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60A der Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung 600 durch eine stromabhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 6C zum Ermitteln der Leitungszeit des Leistungstransistors 6 in Übereinstimmung mit dem in dem Leistungstransistor 6 fließenden Strom ersetzt. Diese stromabhängige Leitungszeit Ermittlungseinrichtung 60C beinhaltet ein Flip-Flop 610, Widerstände 614, 631, 633, einen Vergleicher 624, einen Inverter 627 und ein ODER-Tor 628. Diese stromabhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 68C ist derart aufgebaut, daß dann, wenn ein in dem Leistungstransistor 6 fließender Strom während der Erzeugung des Zündfunkendausersignals IGw einen vorbestimmten Wert übersteigt, der Ausgang des Vergleichers 624 auf einen hohen Pegel angehoben und das Flip- Flop 610 durch das ODER-Tor 628 zurückgesetzt wird, wodurch der Leistungstransistor 6 ausgeschaltet und gleichzeitig der FET 11a eingeschaltet wird. In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel wird daher der Ausschaltstromwert des Leistungstransistors 6 während einer Nehrfachzündfunken-Periode unabhängig von der Quellenspannung auf einen gleichmäßigen bzw. einheitlichen Pegel gesteuert und infolgedessen die in der Energiespeicherspule 3 periodisch während der Mehrfachzündfunken-Periode gespeicherte Energie stabilisiert.
Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. verglichen mit dem vorstehend erklärten dritten Ausführungsbeispiel ist die von der Quellenspannung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60B der Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung 600 durch eine erste von einer Schalteinrichtung abhängige Leitungszeit- Ermittlungseinrichtung 60D zum Festlegen der Leitungszeit des FET 11a auf dieselbe Dauer wie die des Leistungstransistors 6 ersetzt. Diese erste von einer Schalteinrichtung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60D beinhaltet ein Flip-Flop 610, Transistoren 602, 605, 651, Widerstände 601, 603, 604, 606, 635, 636, 644, Inverter 634, 641, 646, einen Kondensator 637, einen Vergleicher 638, UND-Tore 639, 643, ein ODER-Tor 640 und eine Differentiationsschaltung 20. Darüber hinaus ist ein UND-Tor 642 zu der stromabhängigen Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60C hinzugefügt.
Signalverläufe, die an verschiedenen Punkten des vierten Ausführungsbeispiels erzeugt werden, sind in Fig. 8 gezeigt. Während ein hochpegeliges Zündfunkendauersignal IGw, das in Fig. 8(a) gezeigt ist, generiert wird, wird der FET ha zunächst durch ein monostabiles Signal, das in Fig. 8(a) gezeigt ist und durch die monostabile Multivibratorschaltung 8 der Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 600a generiert wird, eingeschaltet. Synchron mit dem Abfall dieses monostabilen Signals auf niedrigen Pegel wird durch die Differentiationsschaltung 20 ein in Fig. 8(j) gezeigtes Differentiations-Ausgangssignal generiert, um das Flip-Flop 610 zu setzen. Der Q-Ausgang des Flip-Flops 610 wird auf diese Art und Weise auf den hohen Pegel angehoben, und der Q-Ausgang desselben wird auf niedrigen Pegel reduziert, wie in Fig. 8(d) gezeigt. Mit dem Anstieg des Q-Ausgangs des Flip-Flops 610 auf den hohen Pegel wird mit dem Laden des Kondensators 637 begonnen, wie in Fig. 8(e) gezeigt, und gleichzeitig beginnt der Leistungstransistor 6 zu leiten. Wenn der in dem Leistungstransistor 6 fließende Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Ausgang des Vergleichers 624 auf einen hohen Pegel angehoben, wie in Fig. 8(g) gezeigt, um das Flip-Flop 610 zurückzusetzen, wodurch dessen Ausgang umgekehrt wird. Infolgedessen wird, wie in Fig. 8(e) gezeigt, mit der Entladung des Kondensators 637 begonnen, der Leistungstransistor 6 ausgeschaltet und der FET 11a eingeschaltet. Wenn die Spannung am Kondensator 637 durch die Entladung unter einen vorbestimmten Wert VTH4 fällt, fällt der Ausgang des Vergleichers 638 auf niedrigen Pegel, wie in Fig. 8(f) gezeigt. Darüber hinaus werden das Ausgangssignal des Vergleichers 638 und der Q- Ausgang des Flip-Flops 610 dem UND-Tor 639 zugeführt, so daß das in Fig&sub9; 7(i) gezeigte Signal durch das UND-Tor 639 erzeugt wird. Der Abfall dieses Ausgangs wird durch die Differentiationsschaltung 20 differenziert, um das Flip Flop 20 zu setzen, wodurch somit der Ausgang dieses Flip- Flops invertiert wird. Infolgedessen wird die Leitungszeit des FET 11a auf eine Dauer gesteuert, die gleich der des Leistungstransistors 6 ist (durch die stromabhängiqe Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60C, die einen einheitlichen Abschaltstromwert herbeiführt). Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, wie das Zündfunkendauersignal IGw generiert wird.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 9 gezeigt. Verglichen mit dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel verwendet die erste von einer Schalteinrichtung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung 60D eine von der Quellenspannung abhängige Konstantstrom-Lade/Entlade-Schaltung mit Transistoren 602, 605, 651, 654, 655, 658 und 659 sowie Widerständen 601, 635, 652, 653, 656 und 657 zum Laden und Entladen des Kondensators 637. Ferner ist eine Leitungszeit-Begrenzereinrichtung 60E hinzugefügt, die eine monostabile Multivibratorschaltung 660 zum Erzeugen eines hochpegeligen Ausgangssignals mit einer vorbestimmten zeitlichen Breite (beispielsweise 100 µm) mit dem Anstieg des θ-Ausgangs des Flip-Flops 610 auf hohen Pegel, einen Inverter 661, der so ausgelegt ist, daß er den Ausgang der monostabilen Multivibratorschaltung 660 invertiert, und eine Differentiationsschaltung 662 zum Differenzieren des Ausgangs des Inverters 661 und Zuführen zu einem der Eingänge des ODER-Tors 628 beinhaltet.
In Übereinstimmung mit dem fünften Ausführungsbeispiel setzt auch dann, wenn die Leitungszeit des Leistungstransistors 6 während der Erzeugung des Zündfunkendauersignals IGw bei niedriger Quellenspannung oder hoher sekundärer Last einen vorbestimmten Wert übersteigt, der Ausgang der monostabilen Multivibratorschaltung 660 das Flip-Flop 610 über den Inverter 661, die Differentiationsschaltung 662 und das ODER-Tor 628 zurück, um dadurch den Leistungstransistor 6 auszuschalten, während gleichzeitig der FET 11a ausgeschaltet wird, wenn der in dem Leistungstransistor 6 fließende Strom einen vorbestimmten Wert nicht erreicht. Infolgedessen werden der Leistungstransistor 6 und der FET 11a abwechselnd ein- und ausgeschaltet, wodurch die Kontinuität des Zündfunkens während der Zündfunkendauer auch unter niedriger Quellenspannung oder hoher sekundärer Last aufrechterhalten wird.
Das vorstehend beschriebene Zündsystem in Mehrfachzündfunken-Bauart wird nachstehend in Einzelheiten unter Bezugnahme auf ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches einen nicht verrußenden (anti-fouling) Zündungstyp kombiniert mit einer Zündfunken-Reinigungs-Zündkerze bzw. selbstreinigenden Zündkerze, die in dem US-Patent Nr. 4,485,400 offenbart ist, bereitstellt. Obwohl in jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele das Zündfunkendauersignal IGw auf einen vorbestimmten Wert (beispielseise 30º Kurbelwellenwinkel) festgelegt ist, weist das gegenwärtig betrachtete Ausführungsbeispiel ein Zündfunken dauersignal IGw auf, das durch eine Zündfunkendauer-Steuereinrichtung, die in Form von Software in der ECU 5 enthalten ist, in Übereinstimmung mit den Zuständen der Brennkraftmaschine variabel ausgelegt ist. Ein in der ECU 5 ausgeführtes Ablaufdiagramm ist in Fig. 10 und 11 gezeigt. In Fig. 10 entscheidet ein Schritt S1, ob die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine niedriger ist als 40ºC; wenn die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine niedriger ist als 40ºC, schreitet der Prozeß zu Schritt S2 fort, um die Zündfunkendauer IGw auf 300 Kurbelwellenwinkel zu ver längern. Falls demgegenüber die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine 40ºC überschreitet, schreitet der Prozeß zu Schritt S3 fort, um die Zündfunkendauer IGw anhand einer IGw-Ne-Tabelle, die die Zündfunkendauer IGw in Beziehung zu der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine speichert, wie in Fig. 12 gezeigt, zu ermitteln. Wenn die Drehzahl Ne gleich oder größer als 1000 1/min ist, wird IGw auf 2 ms festgelegt; wenn Ne gleich oder höher ist als 3000 1/min, wird IGw auf 0,2 ms festgelegt; und wenn Ne zwischen 1000 und 3000 1/min liegt, wird IGw beispielsweise auf einen Wert zwischen 0,2 ms und 2 ms festgelegt.
In Fig. 11 wird zusätzlich zu der Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 10 die Leerlaufdrehzahl oder die Verzögerung bzw. das Langsamerwerden der Brennkraftmaschine durch einen Drosselklappenschalter ermittelt, um dadurch den Zündzeitpunkt gegenüber dem normalen Zündzeitpunkt θ&sub0; um 30º Kurbelwellenwinkel vorzuverlegen.
Im einzelnen ermittelt Schritt S4, ob der Drosselklappenschalter, der so ausgelegt ist, daß er schließt, wenn die Drosselklappe der Brennkraftmaschine geschlossen wird, geschlossen ist oder nicht, und wenn ermittelt wird, daß der Drosselklappenschalter geschlossen ist, schreitet der Ablauf zu Schritt S5 fort, um den Zündzeitpunkt gegenüber dem normalerweise berechneten Zündzeitpunkt θ&sub0; um 30º Kurbelwellenwinkel vorzuverlegen. Wenn in Schritt S4 ermittelt wird, daß der Drosselklappenschalter geöffnet ist, schreitet der Prozess im Gegensatz zu Schritt S6 fort, um den Zündzeitpunkt auf den normalerweise berechneten Wert θ&sub0; einzustellen.
Die in dem US-Patent Nr. 4,845,400 offenbarte selbstreinigende Zündkerze, von der Kohlenstoff mit zunehmender induktiver Entladeenergie leichter entfernt wird, verbessert extrem die Selbstreinigungsfähigkeit der Zündkerze, wenn sie mit einem Zündsystem in Mehrfachzündfunken-Bauart mit langer Zündfunkendauer kombiniert wird. Wenn jedoch die Zündfunkendauer in allen Fällen verlängert wird, verschleißen die Elektroden der Zündkerze früher. Daher wird diese nur dann verlängert, wenn die Brennkraftmaschine kalt ist, und auf eine normale Zündfunkendauer festgelegt, nachdem die Brennkraftmaschine warm geworden ist. Im allgemeinen setzt sich die Zündkerze bei kalter Maschine zu. Angesichts der Tatsache, daß die Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine im Hinblick auf die gesamte Betriebszeit des Fahrzeugs nur für eine sehr kurze Zeitdauer unter 40ºC bleibt, wird jedoch der Verschleiß der Elektroden der Zündkerze nicht wesentlich beeinflußt, wenn die Zündfunkendauer während einer solchen Periode verlängert wird.
Ferner kann der Zündzeitpunkt nur während des Leerlaufs der Brennkraftmaschine oder der Verzögerung derselben verlängert werden, wie in Fig. 11 gezeigt. Wenn der Zündzeitpunkt vorverlegt wird, verringert sich vorteilhaft die Spannungsanforderung der Brennkraftmaschine, um das Verrußungsverhalten zu verbessern.
Fig. 13 zeigt das Ergebnis eines Verrußungstests, der mit der Zündkerze bei geringen Temperaturen, bei welchen Kohlenstoffleicht abgelagert wird, durchgeführt wurde. Ein wassergekühlter Vierzylinder-Viertakt-Motor mit 1300 ccm wurde einem Testmuster, das aus Start, schnellem Lauf und Leerlauf - in dieser Reihenfolge - bestand, unterworfen, wobei bei einer Außentemperatur von -20ºC die Temperatur des Kühlmittels im Kühler bei -10ºC ± 1ºC lag, einer Bedingung, bei der sich leicht Kohlenstoff ablagert. Der Test wurde in Bewertungszyklen von einer Minute Dauer durchgeführt. Die Abszisse repräsentiert den Testzyklus, und die Ordinate repräsentiert den Isolationswiderstand der Zündkerze. Im Fall einer "konventionellen Leistungsquelle mit einer konventionellen Zündkerze" nimmt der Isolationswiderstand der Zündkerze mit zunehmender Anzahl der Testzyklen ab, bis die Brennkraftmaschine nach sechs Zyklen abstirbt. Im Fall einer konventionellen Leistungsquelle mit einer selbstreinigenden Zündkerze nimmt der Isolationswiderstand mit zunehmender Anzahl der Testzyklen ab, bleibt jedoch für einige Zeit auf demselben Niveau bei etwa 10 MΩ, bevor die Brennkraftmaschine nach 18 Zyklen abstirbt. Im Fall einer Mehrfachzündfunken- Zündleistungsquelle mit einer konventionellen Zündkerze nimmt der Isolationswiderstand mit zunehmender Anzahl der Testzyklen ab, bleibt jedoch für einige Zeit auf demselben Niveau bei etwa 10 MΩ, auch wenn die Brennkraftmaschine nach 20 Zyklen noch immer abstirbt. In Übereinstimmung mit einer "Mehrfachzündfunken-Zündleistungsquelle mit einer selbstreinigenden Zündkerze" wird demgegenüber die Isolation, die mit zunehmender Anzahl von Testzyklen geringfügig abfällt, wiederhergestellt, um ein Absterben der Brennkraftmaschine zu verhindern.
Obwohl das Kriterium der Ermittlung in Schritt S1 in dem Ablaufdiagramm gemäß Fig. 10 und 11 auf eine Kühlmitteltemperatur von 40ºC oder weniger festgelegt ist, kann eine vorbestimmte Temperatur zwischen 0ºC und 60ºC für die Ermittlung in kaltem Zustand der Brennkraftmaschine festgelegt werden. Die Zündfunkendauer, die in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel auf 30º Kurbelwellenwinkel festgelegt wurde, kann auf einen vorbestimmten Winkel oder eine Zeit zwischen 10º Kurbelwellenwinkel und 60º Kurbelwellenwinkel festgelegt werden.
Ferner kann anstelle des Drosselklappenschalters zum Ermitteln dieser Bedingungen zum Vorverlegen des Zündzeitpunkts wie in Fig. 11 eine leichte Last aus beispielsweise einem negativen Ansaugdruck mit einem vorbestimmten Wert (beispielsweise auf 30 mmH oder höher) oder einer Tabelle, die einen Unterdruck des Ansaugrohrs gegenüber der Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Ferner kann die Vorverlegung des Zündzeitpunkts unter dieser Bedingung nicht auf 30º Kurbelwellenwinkel, sondern auf einen gegebenen Winkel zwischen 10º Kurbelwellenwinkel und 60º Kurbelwellenwinkel festgelegt werden.
Fig. 14 und 15 zeigen eine selbstreinigende Zündkerze, die für das vorstehend beschriebene sechste Ausführungsbeispiel verwendet wird. Ein Metallgehäuse P1 weist ein Isolationselement bzw. isolierendes Element P2 auf, welches an dessen Innenseite befestigt ist. Das isolierende Element P2 besitzt eine innere Öffnung P2c in dem mittleren Abschnitt desselben. Die innere Öffnung P2c auf derjenigen Seite des Beins P2b des isolierenden Elements P2, das in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragt, weist eine Mittenelektrode bzw. mittlere Elektrode P3 auf, die in diesem gehalten wird. Die mittlere Elektrode P3 weist ein vorderes Ende auf mit einem Abschnitt, dessen Durchmesser kleiner ist als der der anderen Abschnitte. Durch den Abschnitt P3b mit kleinem Durchmesser wird ein Rand P3c auf der mittleren Elektrode ausgebildet. Die vordere Endfläche P3a des Abschnitts P3b mit kleinem Durchmesser ragt aus der vorderen Endfläche P2a des isolierenden Elements hervor und bildet dadurch eine Luft-Funkenstrecke zwischen der vorderen Endfläche P2a und einer Masseelektrode P4. Die Masseelektrode P4 ist fest mit der vorderen Endfläche des Gehäuses P1 verschweißt
In Fig. 14 und 15 bezeichnen Bezugszeichen P1a eine Montageschraube für das Gehäuse 1, P6 einen Widerstand, P7 eine leitende Glasschicht, P8 einen Anschlußschacht und P9 einen Anschluß.
Wie in dem US-Patent Nr. 4,845,400 offenbart, wird der Abstand 5 zwischen der Seite der inneren Öffnung P2c des isolierenden Elements P2 und der Seite des Abschnitts P3b mit kleinem Durchmesser der mittleren Elektrode P3 auf 0,25 mm bis 1,3 mm festgelegt; der axiale Abstand zwischen der vorderen Endfläche P2a des isolierenden Elements P2 und dem Ende der Basis des Abschnitts P3b mit kleinem Durchmesser der mittleren Elektrode P3 wird in einem Bereich zwischen 0 < L ≤ 1,2 mm festgelegt; und der Abstand 1 zwischen der vorderen Endfläche 3a der mittleren Elektrode und der vorderen Fläche 2a des isolierenden Elements 2 wird in einem Bereich zwischen 0 mm und 1 mm festgelegt.
Bei einer selbstreinigenden Zündkerze beträgt der Abstand 5 zwischen der Seite des Abschnitts mit großem Durchmesser der inneren Öffnung des isolierenden Elements, das die mittlere Elektrode im Innern der inneren Öffnung hält, und der Seite des vorderen Endes der mittleren Elektrode wünschenswerterweise zwischen 0,25 mm und 1,3 mm. Wenn der Abstand kleiner ist als 0,25 mm, wäre es unmöglich, die Wirkung der Zerstreuung des auf der Seite der inneren Öffnung abgelagerten Kohlenstoffs durch Erzeugen einer Funkenentladung durch den Kohlenstoff mit einem zum Vermeiden eines Leckstroms durch den Kohlenstoff an dem vorderen Ende der mittleren Elektrode ausgebildeten Abschnitt mit kleinem Durchmesser zu erhalten. Das Ergebnis wäre in unerwünschter Weise eine Anti-Verrußungseingenschaft äquivalent zu der konventioneller Zündkerzen.
Ein Abstand 5 größer als 1,3 mm andererseits würde den Durchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser an dem vorderen Ende der mittleren Elektrode extrem verringern, welcher Abschnitt mit kleinem Durchmesser dann abschmelzen würde und damit in praktischen Anwendungen seine Funktion nicht würde erfüllen können. Wenn der Abstand über 1,3 mm durch Vergrößern des Durchmessers der inneren Öffnung des isolierenden Elements hinaus vergrößert wird, ohne den Durchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser der mittleren Elektrode zu ändern, würde demgegenüber die Seitenfläche der inneren Öffnung größer, was dazu führen wür de, daß mehr Kohlenstoff abgelagert wird. Das Ergebnis wäre eine nicht erfolgreiche Auflösung durch Verbrennen von Kohlenstoff und ein durch den Kohlenstoff hindurch generierter Leckstrom.
Der axiale Abstand L zwischen der Basis des Abschnitts mit kleinem Durchmesser der mittleren Elektrode und der vorderen Endfläche des isolierenden Elements beträgt bevorzugt zwischen 0 < L ≤ 1,2 mm; wenn der Abstand L nicht innerhalb dieses Bereichs liegt, würde die Länge der Funkenentladung durch den auf dem isolierenden Element abgelagerten Kohlenstoff verlängert und somit die Funkenentladung durch den Kohlenstoff erschweren. Ein Ergebnis hiervon wäre, daß Kohlenstoff nicht abgebrannt wird, und daß ein Leckstrom auftritt.
Ferner liegt der Abstand 1 zwischen der vorderen Endfläche der mittleren Elektrode und der vorderen Endfläche des isolierenden Elements bevorzugt zwischen 0 mm und 1,0 mm. Der Wert 1 = 0 ist der vorderen Endfläche des isolierenden Elements, welche bezüglich der der mittleren Elektrode ausgerichtet ist, zugeordnet. Wenn der Abstand 1 auf weniger als null verringert wird, d.h. wenn die vordere Endfläche der mittleren Elektrode im Innern der inneren Öffnung des isolierenden Elements angeordnet ist, wird verhindert, daß sich der Flammkern, der durch die Zündung eines Gasgemischs an der Funkenposition erzeugt wird, durch die innere Öffnung des isolierenden Elements ausbreitet. Das sich hieraus ergebende nicht zufriedenstellende Wachstum des Flammkerns begleitet von einer geringen Zündfähigkeit des Gasgemischs würde es unmöglich machen, ein mageres Gasgemisch zu ver wenden.
Wenn der Abstand 1 zwischen der vorderen Endfläche der mittleren Elektrode und der des isolierenden Elements auf mehr als 1,0 mm ansteigt, führt dies demgegenüber dazu, daß sich die vordere Endfläche der mittleren Elektrode von der des isolierenden Elements entfernt, so daß die Funkenentladungsstrecke durch Kohlenstoff wie in dem vorstehend erwähnten Fall des Abstands L verlängert wird, aus einem bestimmten Bereich herausfällt und dadurch ein ähnliches Problem verursacht.
In diesem Fall kann die Mehrfachzündfunkenzeit durch eine Zündfunkendauer-Steuereinrichtung bei niedrigen Temperaturen verlängert werden.
Die in dem vorstehend beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel verwendete selbstreinigende Zündkerze ist nicht auf die in dem US-Patent Nr. 4,845,400 offenbarte Zündkerze beschränkt, sondern kann irgendeine beliebige Form annehmen, wie sie beispielsweise in den Druckschriften JP-A-56- 51476, JP-A-58-40831 und JP-A-56-41685 offenbart ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird in Übereinstimmung mit der Erfindung eine erste Steuersignal-Erzeugungseinrichtung dazu verwendet, eine erste Schalteinrichtung zu einer vorbestimmten Zeit vor einem Zündzeitpunkt einzuschalten, um dadurch Energie in einer Energiespeicherspule zu speichern, woraufhin die erste Schalteinrichtung zum Zündzeitpunkt ausgeschaltet wird und ab dem Zündzeitpunkt eine zweite Schalteinrichtung durch eine Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung eingeschaltet, so daß die Primärwicklung einer Zündspule mit der bereits in einem Kondensator gespeicherten Energie und der in der Energiespeicherspule gespeicherten Energie versorgt wird. Während einer nachfolgenden vorbestimmten Zündfunkenperiode erzeugt die Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung ein Mehrfachzündfunken-Steuersignal zum abwechselnden Einund Ausschalten der ersten und der zweiten Schalteinrichtung, wodurch während der Zündfunkenperiode der Zündspule periodisch Zündenergie aus der Energiespeicherspule zugeführt wird. Eine zweite Steuersignal-Erzeugungseinrichtung wird dazu verwendet, die erste Schalteinrichtung zum Zeitpunkt des Ausschaltens der zweiten Schalteinrichtung einzuschalten und dadurch Energie in der Energiespeicherspule zu speichern, woraufhin die erste Schalteinrichtung ausgeschaltet wird, um einen Kondensator mit der in der Energie speicherspule gespeicherten Energie zu laden. Eine Zündleistung, die zumindest äquivalent ist zu einer Kombination aus einem Zündsystem in Kondensator-Entlade-Bauart und einem Zündsystem mit einem Mehrfachzündfunken-System wird mit einem vergleichsweise einfachen Aufbau ohne irgendeinen exklusiven Gleichsignal-Gleichsignal-Wandler, der andernfalls zum Laden des Kondensators notwendig werden könnte, gewährleistet.
Wenn die zweite Steuersignal-Erzeugungseinrichtung so aufgebaut ist, daß sie synchron zu dem Ende der Erzeugung eines Mehrfachzündfunken-Steuersignals aus der Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung arbeitet, ist es möglich, den Kondensator unmittelbar nach einem Mehrfachzündfunken zur Vorbereitung des nächsten Zündfunkens zu laden.
Ferner wird dann, wenn die erste Einschaltzeit der zweiten Schalteinrichtung, die durch die Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung zu einem Zündzeitpunkt begonnen wird, auf eine Länge festgelegt wird, die sich von der während der nachfolgenden Zündfunkendauer durch die Leitungszeit-Einstelleinrichtung unterscheidet, die Leitungszeit der zweiten Schalteinrichtung um die Zeit, die der ersten Kondensatorentladung entspricht, verlängert und auf diese Art und Weise die nachfolgende Mehrfach-Entladung stabilisiert.
Ferner kann die Einschaltzeit zumindest einer der ersten und der zweiten Schalteinrichtung, die durch die Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung begonnen wird, in Übereinstimmung mit der Quellenspannung einer Gleichsignal-Leistungsversorgung durch eine von der Quellenspannung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung festgelegt werden, um den Mehrfachzündfunken gegenüber Schwankungen der Quellenspannung zu stabilisieren.
Ferner wird dann, wenn die Einschaltzeit der ersten Schalteinrichtung, die durch die Mehrfachzündfunken-Steuersignal- Erzeugungseinrichtung begonnen wird, in Übereinstimmung mit dem in der ersten Schalteinrichtung fließenden Strom durch eine stromabhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung festgelegt wird, die in der Energiespeicherspule gespeicherte Energie für eine verbesserte Stabilisierung des Mehrfachzündfunkens weiter stabilisiert.
Darüber hinaus wird dann, wenn die Einschaltzeit der zweiten Schalteinrichtung, die durch die Mehrfachzündfunken- Steuersignal-Erzeugungseinrichtung begonnen wird, in Übereinstimmung mit der Leitungszeit der ersten Schalteinrichtung durch eine von der ersten Schalteinrichtung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung festgelegt wird, die Entladung der in der Zündspule gespeicherten Energie auf zufriedenstellendere Art und Weise in Übereinstimmung mit der in der Energiespeicherspule gespeicherten Energie gesteuert.
Außerdem wird dann&sub1; wenn eine Leitungszeit-Begrenzungseinrichtung dazu verwendet wird, die erste Schalteinrichtung auszuschalten, wenn die Einschaltzeit der ersten Schalteinrichtung, die durch die stromabhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung festgelegt wird, einen vorbestimmten Wert unter einer niedrigen Quellenspannung oder einer hohen sekundären Last übersteigt, die Kontinuität des Zündfunkens für die Zündfunkendauer unter niedriger Quellenspannung oder hoher sekundärer Last aufrechterhalten.
Darüber hinaus wird dann, wenn eine selbstreinigende Zündkerze durch die der Zündspule periodisch zugeführte Zündenergie auf mehrfache Art und Weise entladen wird, die Fähigkeit der Zündkerze zur Selbstreinigung extrem verbessert.
Ferner wird durch Verlängern der Mehrfachzündfunkendauer durch eine Zündfunkendauer-Steuereinrichtung bei niedriger Temperatur die Mehrfachzündfunkendauer bei hohen Temperaturen, bei welchen sich Kohlenstoff nur schwer ablagert, verkürzt, wodurch die Fähigkeit der Zündkerze zur Selbstreinigung bei niedrigen Temperaturen, bei welchen sich Kohlenstoff leicht auf der Zündkerze ablagert, aufrechterhalten wird und auf diese Art und Weise der Verschleiß der Elektroden der Zündkerze reduziert wird.

Claims

1. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken, umfassend:

eine erste serielle geschlossene Schaltung mit einer Gleichsignal-Leistungsversorgung (1), einer Energiespeicherspule (3) und einer ersten Schalteinrichtung (6);

eine zweite serielle geschlossene Schaltung mit der Energiespeicherspule (3), einer Rückfluß-Blockiereinrichtung (9), der Primärwicklung (10a) der Zündspule (10) und einer zweiten Schalteinrichtung (11a);

einen Kondensator (13), der über die Rückfluß-Blokkiereinrichtung (9) mit der Energiespeicherspule (3) verbunden ist;

eine erste Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (5) zum Erzeugen eines ersten Steuersignals, welches die erste Schalteinrichtung (6) in einem Zündzeitpunkt abtrennt, nachdem diese für eine vorbestimmte Zeit vor dem Zündzeitpunkt eingeschaltet wurde, um Energie in der Energiespeicherspule (3) zu speichern;

eine Einrichtung (600) zum Erzeugen eines Mehrfachzündfunken-Steuersignals zum abwechselnden Ein- und Ausschalten der ersten und der zweiten Schalteinrichtung (6, ha) während einer vorbestimmten Zündfunkendauer nach dem Einschalten der zweiten Schalteinrichtung (11a) ab dem Zündzeitpunkt; und einer Einrichtung (8b, 50b) zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals zum Laden des Kondensators (13) mit der in der Energiespeicherspule (3) gespeicherten Energie durch Ausschalten der ersten Schalteinrichtung (6), nachdem diese zum Speichern von Energie in der Energiespeicherspule (3) eingeschaltet wurde, während die zweite Schalteinrichtung ausgeschaltet ist.

2. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken nach Anspruch 1, bei dem die zweite Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (8b, 5db) synchron zu dem Ende der Erzeugung eines Mehrfachzündfunken-Steuersignals aus der Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (600) arbeitet.

3. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Leitungszeit-Einstelleinrichtung (600a) zum Festlegen der ersten Einschaltzeit der zweiten Schalteinrichtung (11a), die durch die Mehrfachzündfunken- Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (600) in einen Zündzeitpunkt in Gang gesetzt wird, getrennt von der Einschaltzeit während der nachfolgenden Mehrfachzündfunken-Dauer.

4. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Quellenspannung, die von einer Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung (60A, 60B) abhängt, wobei die Einschaltzeit zumindest einer aus der ersten und der zweiten Schalteinrichtung (6, 11a) ausgewählten Schalteinrichtung, die durch die Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (600) in Gang gesetzt wird, in Übereinstimmung mit der Quellenspannung der Gleichsignal-Leistungsversorgung (1) festgelegt wird.

5. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine stromabhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung (60C), wobei die Einschaltzeit der ersten Schalteinrichtung (6), die durch die Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (600) in Gang gesetzt wird, in Übereinstimmung mit dem in der ersten Schalteinrichtung (6) fließenden Strom festgelegt wird.

6. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken nach Anspruch 5, ferner umfassend eine von der ersten Schalteinrichtung abhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung (60D), wobei die Einschaltzeit der zweiten Schalteinrichtung (11a), die durch die Mehrfachzündfunken-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (600) in Gang gesetzt wird, in Übereinstimmung mit der Leitungszeit der ersten Schalteinrichtung (6) festgelegt wird.

7. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend eine Leitungszeit-Begrenzungseinrichtung (60E) zum Ausschalten der ersten Schalteinrichtung (6) unabhängig von dem Ausgang der stromabhängigen Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung (60C), wenn die durch die stromabhängige Leitungszeit-Ermittlungseinrichtung (60C) ermittelte Leitungszeit der ersten Schalteinrichtung (6) einen vorbestimmten Wert überschreitet.

8. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Zündkerze, die derart angeordnet ist, daß sie sich durch Funkenentladung selbst reinigen kann, und die mit der Sekundärwicklung der Zündspule (10) verbunden ist.

9. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken nach Anspruch 8, bei dem die Zündkerze, die derart angeordnet ist, daß sie sich durch Funkenentladung selbst reinigen kann, eine Mittenelektrode (P3), ein Isolationselement (P2) zum Halten der Mittenelektrode (P3) innerhalb einer inneren Öffnung (P2c), ein Metallgehäuse (P1), welches an dem äußeren Umfang des Isolationselements (P2) befestigt ist, und eine an dem Gehäuse vorgesehene Masseelektrode (P4) aufweist, wobei ein luftgefüllter Funkenspalt zwischen der vorderen Endfläche der Mittenelektrode (P3) und der vorderen Endfläche der Masseelektrode (P4) ausgebildet ist, die Mittenelektrode (P3) einen Abschnitt (P3b) mit kleinem Durchmesser an ihrem vorderen Ende aufweist, der Abstand (5) zwischen der Seite des Abschnitts mit kleinem Durchmesser (P3b) und der Seite mit der inneren Öffnung (P2c) des Isolationselements auf 0,25 mm bis 1,3 mm festgelegt ist, die Basis (P3c) des Abschnitts mit kleinem Durchmesser (P3b) der Mittenelektrode (P3) innerhalb des Bereichs (L) von 1,2 mm von der vorderen Endfläche (P2a) des Isolationselements (P2) angeordnet ist, und der Abstand (L) zwischen der vorderen Endfläche (P3a) der Mittenelektrode (P3) und der vorderen Endfläche (P2a) des Isolationselements (P2) auf 0 mm bis 1,0 mm festgelegt ist.

10. Zündsystem für Mehrfach-Zündfunken nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend eine Entladedauer-Steuereinrichtung (S1 bis S3) zum Verlängern der Entladedauer bei niedrigen Temperaturen.