CH684353A5 - Zündanlage. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruches. Es ist bereits eine Zündanlage aus der US-PS 4 918 389 beziehungsweise der entsprechenden EP 0 344 349 bekannt, bei der die Überwachung der Zündanlage anhand der primärseitigen Überwachung der Funkendauer erfolgt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es unter bestimmten Betriebsbedingungen keine zuverlässige Methode ist. insbesondere bei hohen Drehzahlen und rotierender Hochspannungsverteilung brennt der Funke nicht aus, sondern wird durch das Wiedereinschalten der Zündspule gelöscht.

Bekannte Verfahren zur Überwachung von Zündanlagen sind z.B. die Überwachung der Katalysatortemperatur, das Erfassen von Laufunruhe, das Lambdasondensignal und die Funkendauermessung.

Diese bekannten Verfahren liefern nicht in allen Betriebsbereichen gleich gute Ergebnisse, wie oben bereits zur Messung der Funkendauer ausgeführt. Auch können äussere Einflüsse die Ergebnisse verfälschen, so z.B. bei der Laufunruhemessung die Beeinträchtigung durch Fahrbahn- und Triebstrangeinflüsse (z.B. Schlaglöcher).

Darstellung der Erfindung

Die Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, dass in der Zündanlage verschiedene Methoden der Aussetzererkennung korreliert werden. Da die in der erfin-dungsgemässen Lösung verwendeten Verfahren der Funkendauererfassung und Brennspannungs-überwachung in unterschiedlichen Betriebsbereichen des Motors verschieden gute Erkennungsmöglichkeiten liefern, ist es vorteilhaft die Umschaitung zwischen beiden Verfahren oder eine gleichzeitige Auswertung in Abhängigkeit von Betriebspunkten des Motors vorzunehmen. Die Grenzwerte für eine korrekte Zündung können entsprechend dem Betriebspunkt des Motors, der in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsparametern berechnet wird, so bestimmt werden, dass die Fehlererkennung mit einer möglichst grossen Sicherheit erfolgen kann. Zusätzlich ist es möglich, in Abhängigkeit von der in einem Betriebspunkt beziehungsweise Betriebsbereich jeweiligen Erkennungsqualität zwischen Einzelfehlererkennung und Fehlererkennung über statistische Verfahren umzuschalten.

Durch die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist, die Fehlererkennungsschwellen in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Motors zu verändern. Zum anderen ist es günstig, die Methoden der Aussetzererkennung so zu verbinden, dass mindestens von einer Methode in bestimmten Betriebsbereichen des Motors auch sporadisch auftretende Fehler erkannt werden, um einen besseren Katalysatorschutz zu gewährleisten.

Ein weiterer Vorteil der Überwachungsschaltung besteht in der Möglichkeit aus Funkendauer und Brennspannung Rückschlüsse auf die an der Brennkraftmaschine angreifende Last zu ziehen. So bewirkt eine zunehmende Last beispielsweise eine steigende Brennspannung an der Zündkerze und eine kürzere Funkendauer. Über die ermittelten Werte Funkendauer und Brennspannung kann beispielsweise anhand einer abgespeicherten Tabelle eine Bestimmung der angreifenden Last erfolgen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ablaufplan der Fehlererkennung,

Fig. 2 eine Funkendauermessschaltung,

Fig. 3 den Spannungsverlauf an der Primärseite der Zündspule für die Fehlerfälle bei a) abgefallenem Kerzenstecker,

b) Nebenanschluss an der Kerze,

Fig. 4 zum Vergleich den Spannungsverlauf einer ordnungsgemässen Zündung und

Fig. 5 eine Funkendauermessschaltung für ruhende Hochspannungsverteilung.

Wege zur Ausführung

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung liefert zur Funkendauerüberwachung in unterschiedlichen Betriebsbereichen des Verbrennungsmotors verschieden gute Erkennungsmöglichkeiten, deshalb wird in Fig. 1 eine Funkenüberwachung durch die Verknüpfung zweier Einzelverfahren der Funkenüberwachung vorgeschlagen, die ebenfalls in der Schaltung nach Fig. 2 realisiert ist.

Der Programmablaufplan nach Fig. 1 hat folgende Wirkungsweise.

Im Programmschritt 1 werden die konkreten Betriebsparameter (wie z.B. Drehzahl, Last, Temperatur usw.) erfasst und im Programmschritt 2 an eine Abfrage weitergegeben, die nun eine Auswahl des Verfahrens zur Funktionsüberwachung vornimmt, wobei die Funkendauererfassung gut geeignet ist für den Bereich kleiner und die Brennspannungser-fassung für den Bereich grosser Drehzahlen. So ist es z.B. ungünstig bei rotierender Hochspannungs-verteiiung die Funkendauer über 4000 U/min auszuwerten. Die Messung der Funkendauer ist für eine Zündaussetzererkennung generell dann nicht geeignet, wenn in der Zündspule eine Restenergie zurückbleibt, d.h. wenn der Zündfunke vorzeitig gelöscht wird. Die Brennspannung wiederum ist für den Vollastbereich keine sichere Methode der Zündaussetzererkennung; man wird hierbei also die Methode der Funkendauermessung nutzen und eine Fehlererkennung mit statistischen Mitteln durchführen. Gleichzeitig kann es vorkommen, dass beide Verfahren (Funkendauerüberwachung, Brenn-spannungsüberwachung) gleich gute verwertbare Ergebnisse erzielen. In diesem Fall lässt man beide

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Verfahren gleichberechtigt ablaufen und hat somit noch eine zusätzliche Kontrollmöglichkeit, was in Fig. 1 nicht dargestellt ist.

Die Brennspannung kann mit der weiter unten noch erläuterten Schaltung in Fig. 2 ermittelt werden, wobei dieses Verfahren bereits prinzipiell aus EP 0 344 349 bekannt ist. Im Programmschritt 3 erfolgt eine Berechnung der Fehlererkennungsschwellen, wobei diese Schwellen zur Fehlererkennung immer für den konkreten Betriebspunkt z.B. über ein last- und drehzahlabhängiges Kennfeld berechnet werden. In einem Programmschritt 4 erfolgt die Messung der Funkendauer. Dazu kann man bereits bekannte Schaltungen und Verfahren nutzen, wie z.B. die aus der US-PS 4 918 389 bekannte Zünd-funkendauererfassung. Die Ergebnisse aus Programmschritt 3 und 4 werden in der Abfrage 5 zusammengeführt und je nach Erkennungsqualität entschieden, ob eine Einzelfehlererkennung möglich ist, so ist z.B. bei kleiner Last insbesondere im Schiebetrieb die Erkennungssicherheit einer Einzelfehlererkennung gut, jedoch im Vollastbereich kritisch. Die Entscheidung zwischen Einzelfehlererkennung und Fehlererkennung über statistische Verfahren wird in Abhängigkeit von der möglichen Erkennungsqualität getroffen. So sind beispielsweise die erfassten Parameter (Funkendauer, Brennspannung) sowohl ordnungsgemässer Zündungen als auch der Fehlerfälle in der Regel normalverteilt, wobei die Verteilungsgruppen sich durchdringen können, Mittelwert und Streuung jedoch unterschiedlich sind. Daher können mit statistischen Verfahren Mittelwert und Streuung der erfassten Messwerte ermittelt und zur Fehlererkennung herangezogen werden. Kann diese Abfrage 5 «Einzelfehlererkennung möglich?» mit «Ja» beantwortet werden, so werden im Schritt 6 an einem Komparator die Messwerte mit den im Programmschritt 3 berechneten Fehlererkennungsschwellen verglichen. Im Schritt 7 wird kontrolliert, ob die Messwerte (Brennspannung und/ oder Funkendauer) innerhalb der vom Betriebspunkt abhängigen Grenzwerte für eine korrekte Zündung liegen. Ist dies der Fall, so war die erfolgte Zündung in Ordnung, was im Programmschritt 18 registriert wird. Erhält die Abfrage eine negative Antwort, so erfolgt im Programmschritt 8 eine Fehlererkennung. Die Fehlererkennung wird im Programmschritt 15 in einem Speicher abgelegt. Zusätzlich wird im Programmschritt 16 eine Warnlampe betätigt. Im Programmschritt 17 werden die entsprechenden Massnahmen zum Schutz des Katalysators eingeleitet. So ist es denkbar, eine Abschaltung der Einspritzung des entsprechenden Zylinders vorzunehmen, wobei sowohl eine Einzelabschaltung bei sequentieller Einspritzung als auch einer Gruppenabschaltung möglich ist. Gleichzeitig wird man die Lambdaregelung abschalten und im Steuergerät eine Lambda = 1 Steuerung festlegen.

Wird bei der Abfrage 5 entschieden, dass aufgrund der Erkennungsqualität keine Einzelfehlererkennung erfolgen kann, sondern nur Fehler erkannt werden, die mit einer bestimmten Häufigkeit oder periodisch in bestimmten Zeitabständen auftreten, so wird nun im Schritt 9 mit einem Komparator ein Vergleich der Messwerte mit den entsprechenden

Fehlererkennungsschwellen vorgenommen. Liegen die Messwerte innerhalb der zulässigen Schwellen, so wird in einem Frageglied 12 kontrolliert, ob die Fehlerzahl FZ = 0 ist. Ist das nicht der Fall, so wird in einem Programmschritt 13 die Fehlerzahl durch Subtraktion einer konstanten Grösse (FZ - A), wobei A beispielsweise 1 betragen kann, rückgesetzt und im Programmschritt 18 eine ordnungsgemässe Zündung registriert. Die so ermittelte ordnungsgemässe Zündung wird genauso wie eine in Frageglied 7 (bei Einzelfehlererkennung) ermittelte ordnungsgemässe Zündung im Programmschritt 18 zusammengeführt und bewirkt im Programmschritt 19, dass eventuell bereits eingeleitete Fehlermassnah-men abgeschaltet werden. Wird in Frageglied 10 erkannt, dass die Messwerte nicht in den zulässigen Schwellen liegen, so wird in einem Programmschritt 11 die Fehlerzahl durch Addition mit einer additiven Grösse (FZ+B wobei B z.B. 5 betragen kann) erhöht. In einer Abfrage 14 wird kontrolliert, ob die Fehlerzahl eine bestimmte Schwelle, wobei diese Schwelle applikationsspezifisch festgelegt wird und beispielsweise 80 Hx betragen kann, überschreitet. Liegt die Fehlerzahl unterhalb dieser Schwelle, so erfolgt die Entscheidung Zündung «o.k.» wie zu Programmschritt 18 beschrieben.

Bei einer Fehlerzahl über der festgelegten Schwelle wird im Programmschritt 8 ein Fehler erkannt und führt zu den bereits weiter oben beschriebenen Massnahmen. Zu der im Programmschritt 3 erwähnten Berechnung der Fehlererkennungsschwelle ist noch auszuführen, dass Funkendauer und Brennspannung auch bei ordnungsgemässer Zündung über dem Betriebsbereich des Motors stark variieren, ebenfalls können Unterschiede zwischen einzelnen Zylindern auftreten. So ist beispielsweise die Funkenbrenndauer bei Schub sehr lang, jedoch bei Vollast wesentlich kürzer. Daher ist eine Anpassung der Fehlererkennungsschwellen an die unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen vorteilhaft, da hierdurch die Erkennungssicherheit erhöht wird. Realisiert wird das durch betriebspunktabhängige Berechnungen der Schwellen, z.B. aus einem Kennfeld, wobei diese Berechnung auch zylinderselektiv erfolgen kann. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist es, die berechneten oder einem Festwertspeicher entnommenen Erkennungsschwellen adaptiv zu verändern, z.B. um Serienstreuungen solcher Parameter (z.B. Verdichtung) zu berücksichtigen, die Funkenbrennspannung und Funkendauer ordnungsgemässer Zündungen beeinflussen.

Beispielsweise können Mittelwert und Streuung ordnungsgemässer Zündungen laufend erfasst und hieraus Korrekturgrössen für die berechneten beziehungsweise im Festwertspeicher abgelegten Fehlererkennungsschwellen abgeleitet werden. Diese Korrekturgrössen werden vorteilhaft in einem Langzeitspeicher abgelegt (EEPROM oder dauerversorgtes RAM) und/oder bei Änderungen - z.B. durch Verrussen der Zündkerzen - überschrieben werden.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit, die Spannung an der Primärwicklung der Zündspule zu überwachen. Diese Schaltungsanordnung ist bereits aus der US-PS 4 918 389 bekannt. Sie soll deshalb in ihrer

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Gesamtwirkungsweise nicht erklärt werden. Zur Erläuterung sei jedoch noch erwähnt, dass zwischen Klemme 21 und 22 die Primärwicklung der Zündspule angeschlossen ist, wobei an Klemme 21 die Batteriespannung üb anliegt. Die primärseitig induzierte Spannung wird über einen Transistor 23 und über einen zugehörigen Spannungsteiler an den positiven Eingang eines Komparators 26 gegeben. Der zweite Eingang des Komparators wird von einem n C 27 betriebspunktabhängig auf vorgegebene Schaltschwellen gelegt. Ein der Funkenbrenndauer entsprechendes Digitalsignal steht am Ausgang des Komparators 26 zur Verfügung und wird einem Eingangsport des n C zugeführt.

Die Amplitude des am Punkt A anliegenden Signals entspricht der Funkenbrennspannung. Dieses Signal wird durch die Zenerdiode 31 auf die Schaltung unschädliche Spannungswerte begrenzt und über den Spannungsteiler 28, 29 einem A/D-Wand-ler zugeführt.

Diese Schaltung dient in der bekannten Anordnung ausschliesslich zur Erfassung und Bewertung der Funkenbrenndauer. Als zusätzliches Erkennungskriterium kann die Spannungshöhe an Klemme 22 der Zündspule und damit die Funkenbrennspannung erfasst werden. Hierfür kann die an sich bekannte Schaltung erweitert werden, in der Art, dass der Ausgang A über einen Spannungsteiler 28, 29 an einen AD-Kanal 30 des steuernden Mikroprozessors 27 geführt wird.

Denkbar wären auch andere Auswertelogiken. Dieses Verfahren der Erfassung der Funkenbrennspannung kann sowohl anstelle der Funkendauererfassung betrieben werden, als auch in Kombina-tion.

Bei dem Verfahren zur Überwachung der Primärspannung ist es vorteilhaft, die Primärspannung mindestens zu einem festen Zeitpunkt abzutasten, vorteilhaft sind hierbei 250 bis 400 Mikrosekunden nach dem Zündzeitpunkt, wobei jedoch eine bessere Erkennungsqualität durch Mehrfachabtastung gewonnen wird. Hierbei wären z.B. 4 bis 5 Abtastungen in einem 10O-Mikrosekundenraster denkbar.

In Fig. 3 sind die Spannungsverläufe an der Primärwicklung bei zwei typischen Fehlern dargestellt, wobei in Fig. 3a der Spannungsverlauf bei einem abgefallenen Kerzenstecker gezeigt ist, und in Fig. 3b der Spannungsverlauf bei Nebenschluss an der Kerze.

In Fig. 4 ist zum Vergleich der Spannungsverlauf an der Primärwicklung bei ordnungsgemässem Zündverlauf dargestellt.

Bei allen Fig. 3a, b und 4 ist der Spannungsverlauf an Klemme 22 zeitabhängig dargestellt.

In Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, dass der Zündfunke nach dem Einschwingen in einem Zeitraum von z.B. 3 ms ausbrennt und die Primärspannung abnimmt bis nach diesem Zeitraum der Zündfunke abreisst und am Funkenende ein kurzes Überschwingen auftritt.

Im Gegensatz dazu wird bei Fig. 3a zwar eine Hochspannung aufgebaut, kann jedoch aufgrund einer sekundärseitigen Unterbrechung nicht an die Zündkerze weitergegeben werden, d.h. es ist kein typischer Verbrennungsverlauf wie in Fig. 4 zu erkennen, bei dem die Hochspannung langsam abgebaut wird.

Bei Fig. 3b wird ebenfalls in der Zündspule eine Hochspannung induziert, die jedoch über Nebenschlüsse der Zündkerze rasch abfliesst und so zu keinem Zündfunken führt.

Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit, die Spannung an der Primärwicklung einer Zündspule bei ruhender Hochspannungsverteilung zu überwachen. Hierfür wurde die Schaltung in Fig. 2 entsprechend verändert, so dass gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen aufweisen. Die Gesamtwirkungsweise dieser Schaltung soll hier nicht erläutert werden. Sie entspricht der in Fig. 2 erläuterten Schaltung. Die Auswerteschaltung ist über die Klemme 22 in den Primärkreis eingekoppelt, wobei die Indizes a, b und c verdeutlichen sollen, dass die Signale an verschiedenen Zündspulen, zum Beispiel entsprechend der Zündfolge abgegriffen und zur Auswertung über den Widerstand 35 und die Diode 36 vom gemeinsamen Punkt A an den positiven Eingang des Komparators 26 gegeben werden. Die Ansteuerung weiterer Endstufen vom n C 27 soll hier durch die Ausgänge 37 verdeutlicht werden. Mit dieser Anordnung wird auch bei mehreren Zündspulen nur eine Auswerteschaltung benötigt.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Zündanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Überwachungsschaltung, die die Funktion einzelner Zündvorgänge durch Erfassung der Zündfunkenbrenndauer primärseitig überwacht und bei Zündaussetzern ein Störsignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung zusätzlich zur Messung der Zündfunkenbrenndauer die transformierte Brennspannung der einzelnen Zündfunken primärseitig misst und dass die Überwachungsschaltung für verschiedene Betriebsbereiche der Maschine, die durch Erfassen von Betriebsparametern der Maschine ermittelt werden, so umschaltbar ist, dass sie abhängig davon die Zündfunkenbrenndauer und/oder Zündfunkenbrennspannung mit Grenzwerten für eine korrekte Zündung vergleicht.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte für eine Fehlererkennung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebspunkt der Maschine und/oder vom jeweils gezündeten Zylinder veränderbar sind.

3. Zündanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Qualität der Messergebnisse die Überwachungsschaltung auf eine Einzelfehlererkennung oder eine Fehlererkennung mit statistischen Mitteln umschaltbar ist.

4. Zündanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem erkannten Zündaussetzer über einen Vergleich mit der vorgegebenen Zündfolge der fehlerhaft arbeitende Zylinder zu diagnostizieren ist.

5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschalten des fehlerhaft arbeitenden Zylinders und/oder eine Fehleranzeige erfolgt.

6. Zündanlage nach einem der vorangegangenen

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Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Fehlererkennung ein Abschalten einer Lambda-Re-gelung erfolgt und zum Schutz des Katalysators vor Uberhitzung eine Kraftstoffgemisch-Steuerung für Lambda = 1 festgelegt wird.

7. Zündanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte durch adaptive Korrekturgrössen veränderbar sind, die durch Auswertung der als ordnungsgemäss erkannten Funkendauer und Brennspannungsverläufe gewonnen werden.

8. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lasterkennung durch Zuordnung der ermittelten Werte für Brennspannung und Funkendauer in einer abgespeicherten Tabelle erfolgt.

9. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei ruhender Hochspannungsverteilung durch Einfügen von Dioden in den Zweig der Signalauskopplung für mehrere Zündspulen nur eine Auswerteschaltung erforderlich ist.

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