DE10229848A1

DE10229848A1 - Feuerungszustandsermittlungssystem für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE10229848A1
Application number: DE10229848A
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Ohkama; Gakuji Moriya; Kenichi Ishida
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: US20030006774A1; US6691555B2; JP2003021034A; DE10229848B4

Abstract

Ein Feuerungs- oder Zündzustandsermittlungssystem für Verbrennungsmotoren mit einer Zündkerze, die Funkenentladung erzeugt, wenn sie mit einem Entladestrom von einer Zündspule versorgt ist, um ein Luft/Kraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer zu zünden. In dem System wird ein Ionenstrom, der während der Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs fließt, zu einem vorbestimmten ersten Zeitpunkt T1 bestimmt und ein Kriechstrom, der über die Elektroden der Zündkerze fließt, wird zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt T2 erfasst, der später ist als der vorbestimmte erste Zeitpunkt. Der Feuerungs- oder Verbrennungszustand des Motors wird ermittelt als einer aus normal S28, S42 Fehlzündung S40, Zündkerzenverschmutzung S30 und Fehler im Zündsystem oder im Kraftstoffversorgungssystem S24, S30, S40, S44, basierend auf dem erfassten Ionenstrom und Kriechstrom sowie dem Vorliegen oder Nichtvorliegen von Kraftstoffunterbrechung zum Motor. Damit wird es möglich, exakt den Feuerungs- oder Zündzustand einer Zündkerze zu unterscheiden und, wenn gewünscht, den Fahrzeugführer über diese Tatsache zu informieren S26.

Description

Diese Erfindung betrifft ein System zur Ermittlung von Feuerungs- oder Zündzustand für Verbrennungsmotoren, das zwischen verschiedenen Feuerungs- oder Zündzuständen basierend auf einem Ionenstrom, der bei der Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemischs in einer Motorverbrennungskammer auftritt, unterscheiden kann, insbesondere solch ein Feuerungszustandsermittlungssystem für Verbrennungsmotoren, das basierend auf dem Ionenstrom und Kriechstrom exakt zwischen verschiedenen Feuerungszuständen unterscheiden kann einschließlich dem Auftreten von Fehlzündung, Verschmutzung (Glimmen) einer Zündkerze verursacht durch Ablagerungen, wie etwa Ruß, Kohlenstoffrückständen, etc. sowie ein Versagen in dem Zündsystem oder in dem Kraftstoffversorgungssystem.

In einem Benzin- oder anderen fremdgezündeten Verbrennungsmotor wird eine von einer Zündspule erzeugte Hochspannung über einen Zündverteiler oder dergleichen an in den individuellen Zylindern eingebaute Zündkerzen angelegt. Die von den Hochspannungen über dem Spalt zwischen den Zündkerzenelektroden erzeugte Funkenentladung zündet das Luft/Kraftstoffgemisch, was eine Feuerung oder ein Verbrennen bewirkt. Unter gewissen Umständen während des Motorzünd/verbrennungstakts läuft jedoch die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs nicht normal ab, d. h. Fehlzündung tritt auf.

Ursachen von Fehlzündung fallen in zwei Klasse, diejenigen, die dem Kraftstoffversorgungssystem zuzuschreiben sind, und diejenigen, die dem Zündsystem zuzuschreiben sind. Eine dem Kraftstoffversorgungssystem zuzuschreibende Fehlzündung ist das Ergebnis von entweder übermäßig magerem oder übermäßig fettem Luft/Kraftstoffgemisch. In diesem Fall wird eine Funkenentladung über dem Spalt der Zündkerze erzeugt, aber das Luft/Kraftstoffgemisch zündet nicht. Eine dem Zündsystem zuzuschreibende Fehlzündung ist das Ergebnis einer Zündspulenverschmutzung (Glimmen), verursacht durch Ablagerungen von Ruß, Kohlenstoffrückständen, Asche von Kraftstoff und Öladditiven etc., oder durch ein Problem im Zündkreis, das normale Funkenentladung verhindert (Fehlfunkenbildung).

Wenn das Luft/Kraftstoffgemisch normal brennt, ist die Verbrennung von Ionisation des Luft/Kraftstoffgemischs (genauer des Verbrennungsgases, das durch normale Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs produziert wird) begleitet, was einen Ionenstrom entstehen lässt. Wenn Fehlzündung eintritt und das Luft/Kraftstoffgemisch nicht brennt, ionisiert das Luft/Kraftstoffgemisch nicht und kein Ionenstrom entsteht.

Fig. 7 zeigt die Ionenstromwellenformen während Fehlzündung und normaler Verbrennung, in der die Entladung von einer Hochspannung mit negativer Polarität erzeugt ist. Wie gezeigt, schlägt die Ionenstromwellenform während normaler Verbrennung, d. h. wenn Ionen produziert sind, sofort direkt nach der Entladung über die Zündkerzenelektroden in die Minusrichtung impulsartig aus (wie bei A in der Zeichnung zu sehen), danach fließt sie weiter im Verhältnis zu dem Volumen und Anzahl der produzierten Ionen und geht schließlich auf ein gegebenes Niveau zurück. Während Fehlzündung, d. h. wenn Ionen nicht produziert sind, schlägt die Wellenform genau nach dem Ende der Entladung sofort gerade in die Minusrichtung impulsartig aus (wie bei A' in der Zeichnung zu sehen) und geht dann unmittelbar auf ein gegebenes Niveau zurück.

Eine oft verwendete Methode zur Erfassung von Fehlzündung ist daher gewesen, den Ionenstrom (Stromwellenform), der während des Verbrennungstakts auftritt, zu erfassen, wobei die Zündkerze, genauer deren Elektroden, als ein Fühler zur Erfassung von Ionenstrom verwendet wird und der erfasste Wert mit einem vorgeschriebenen Wert verglichen wird, wie z. B. in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Hei (1993)-99956 gelehrt.

Es sollte erwähnt sein, dass in der Figur die mit A, A', B und B' markierten Impulsspitzen scharfe Anstiege sind, die durch induktives Rauschen aufgrund von elektromagnetischer Induktion der Zündkerze sofort verursacht sind.

Unter normaler Bedingung ist der Widerstand zwischen den Zündkerzenelektroden fast unendlich. Folglich fließt kein Strom über die Elektroden, wenn Fehlzündung auftritt und keine Ionen produziert werden. Wenn jedoch die vorher genannte Zündkerzenverschmutzung (Glimmen) auftritt, fällt der Widerstand zwischen den Elektroden auf ein Niveau von ungefähr einigen MΩ was zu einem Kriechstromfluss auch während Fehlzündung, wenn keine Ionen erzeugt werden, führt. Dieser Kriechstrom kann irrtümlicherweise als der Ionenstrom erfasst werden, was exakte Fehlzündungserfassung unmöglich macht.

Wenn eine Zündkerze verschmutzt wird (glimmt), kann keine Funkenladung über ihre Elektroden springen und Fehlzündung tritt auf. Wenn dies passiert, kann unverbrannter Kraftstoff nachteilig einen Abgaskatalysator zerstören, wenn nachgezündet wird, oder kann nachteilig die Abgase verschlechtern. Daher ist es erwünscht, den Feuerungs- oder Zündzustand einschließlich Zündkerzenverschmutzung (Glimmen) und Fehlzündung, etc., exakt zu ermitteln und den Fahrzeugführer über das Ergebnis der Ermittlung zu informieren.

Abgesehen vom oben genannten, ist die Kraftstoffzufuhr bei einigen Betriebszuständen des Fahrzeugs zeitweise unterbrochen, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder einige andere Größen zu verbessern. Wenn die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist, da die Kraftstoffeinspritzmenge auf ungefähr Null gesetzt ist (d. h. das Luft/Kraftstoffverhältnis ist auf einen extrem mageren Wert gesetzt), tritt keine Verbrennung ein und somit fließt kein Ionenstrom. Dies ist eine Art von Fehlzündungszustand, sollte aber von der normalen Fehlzündung unterschieden sein, die dem Fahrzeugführer unbeabsichtigterweise passiert. Jedoch kann der Stand der Technik möglicherweise diesen Zustand nachteiligerweise als eine gewöhnliche Fehlzündung erfassen.

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Probleme zu überwinden und ein Feuerungszustandsermittlungssystem für Verbrennungsmotoren bereitzustellen, das den Feuerungs- oder Zündzustand einer Zündkerze einschließlich dem Auftreten von Zündkerzenverschmutzung (Glimmen) ermitteln kann sowie den Fehlzündungszustand aufgrund von Kraftstoffzufuhrunterbrechung von gewöhnlichen Fehlzündungen auseinanderhalten kann.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Feuerungszustandsermittlungssystem für Verbrennungsmotoren bereitzustellen, das den Fahrzeugführer über das Ergebnis der Ermittlung informieren kann, um es zu ermöglichen, Abgasverschlechterung zu vermeiden.

Zum Erreichen der ersten Aufgabe stellt diese Erfindung ein System zur Ermittlung von Feuerungszustand für einen Verbrennungsmotor mit einer in einer Verbrennungskammer eines Zylinders eines Motors eingebaute und mit einer Zündspule verbundene Zündkerze bereit, wobei die Zündkerze eine Funkenentladung erzeugt, wenn sie mit Entladestrom von der Zündspule versorgt wird, um das Luft/Kraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer zu zünden; umfassend Ionenstromerfassungsmittel zur Erfassung von Ionenstrom, der während der Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs fließt, zu einem vorbestimmten ersten Erfassungszeitpunkt; Kriechstromerfassungsmittel zur Erfassung von Kriechstrom, der über Elektroden der Zündkerze fließt, zu einem vorbestimmten zweiten Erfassungszeitpunkt, der später ist als der vorbestimmte erste Zeitpunkt; und Feuerungszustandsermittlungsmittel zur Ermittlung eines Feuerungszustands eines Motors basierend auf Ausgaben des Ionenstromerfassungsmittels und Kriechstromerfassungsmittels.

Zur Erfüllung der zweiten Aufgabe stellt diese Erfindung das System bereit, das ferner beinhaltet: Informationsmittel zum Informieren eines Fahrzeugsführers über den ermittelten Feuerungszustand.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung samt Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 ein erklärendes Schaltdiagramm, das einen Zündkreis zur Erzeugung eines Funkens in einer Zündkerze, sowie einen Ionenstromdetektor zur Erfassung während der Verbrennung erzeugten Ionenstroms eines Feuerungszustandsermittlungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein schematisches Schaltdiagramm, das die Gesamtkonfiguration des Feuerungszustandsermittlungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform zeigt;
Fig. 3 ein Blockdiagramm, das die in Fig. 2 in Blockform dargestellten Schaltungen zeigt;
Fig. 4 ein Zeitdiagramm, das die Ausgaben (erfasste Stromwellenformen und Pulse) in einem Feuerungszustandsermittlungssystem während normaler Feuerung oder Verbrennung zeigt;
Fig. 5 ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Feuerungszustandsermittlungssystems für Verbrennungsmotoren darstellt;
Fig. 6 eine Tabelle, die das von dem in Flussdiagramm in Fig. 5 dargestellten Algorithmus erhaltene Ermittlungsergebnis darstellt; und
Fig. 7 ein Zeitdiagramm, das die Ionenstromwellenformen während Fehlzündung und normaler Verbrennung des Verbrennungsmotors zeigt.
Ein Feuerungszustandsermittlungssystem für Verbrennungsmotoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erklärt.
Fig. 1 ist ein Teilschaltdiagramm eines Feuerungszustandsermittlungssystems gemäß der Ausführungsform, welches einen Zündkreis zur Erzeugung eines Funkens in einer Zündkerze und einen Ionenstromdetektor zur Erfassung des während der Verbrennung erzeugten Ionenstroms (und Kriechstrom aufgrund von Zündkerzenverschmutzung) zeigt.
Wie dargestellt, umfasst das Feuerungszustandsermittlungssystem eine Zündspule 10, deren primärseitige Spule (Niederspannungsseite) 10a mit einem Ende mit einer elektrischen Energiequelle (Bordbatterie) 12 verbunden ist und an ihrem anderen Ende über einen Leistungstransistor 16 geerdet ist, der durch ein Zündsignal von einer ECU (Elektronischen Steuereinheit) 14 in den AN oder AUS-Zustand geschalten werden kann.
Ein Ende der sekundärseitige Spule (Hochspannungsseite) 10b der Zündspule 10 ist mit der Mittelelektrode 24a der Zündkerze 24 verbunden, die in einer Verbrennungskammer 22 von jedem Zylinder (nur einer ist als entsprechender Teil des Zylinderkopfs 18 gezeigt) eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors (nur durch den Zylinder etc. dargestellt) 20 eingebaut ist. Die Erdungs-(Aussen)-Elektrode 24b der Zündkerze 24 ist über den Zylinderkopf 18 geerdet. Dem Entladungsabschluss folgend arbeitet die Zündkerze 24 auch als ein Fühler zur Erfassung von Ionenstrom.
Das andere Ende der Sekundärspule 10b der Zündspule 10 ist mit einem Ionenstromdetektor (Stromerfassungsschaltkreis) 30 verbunden. Der Ionenstromdetektor 30 umfasst eine Parallelschaltung eines Ionenstromerfassungskondensators 32, um durch den Entladestrom in die dargestellte Polarität geladen zu werden und einer Zener-Diode 34, die die Ladespannung des Ionenstromerfassungskondensators 32 reguliert, einen Erfassungswiderstand 36, durch den der Ionenstromerfassungskondensator 32 geerdet ist, und eine Diode 38, die den Rückstromfluss verhindert, wodurch die Zener Diode 34 geerdet ist.
Die ECU 14 umfasst einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und Eingabe-/Ausgabeschaltungen. Ausgaben einer Gruppe von Sensoren werden in diese eingegeben, wobei die Gruppe von Sensoren einen Kurbelwinkelsensor 40 umfasst, der in der Nähe der Kurbelwelle oder der Nockenwelle (keine von beiden gezeigt) des Motors 20 eingebaut ist und eine das TDC (Top dead center) der individuellen Zylinder und Einheitskurbelwinkel (erhalten durch Teilung der Intervalle zwischen den TDCs) darstellende Signal ausgibt, einen Ansaugunterdruckfühler 42, der ein den absoluten Druck (PBA) in der Luftansaugleitung darstellendes Signal ausgibt, und andere nicht in der Zeichnung gezeigte Sensoren.
Die ECU 14 ist über eine Treiberschaltung (nicht gezeigt) mit einer Warnlampe 44 verbunden, die in einer Position in der Nähe des Fahrzeugführersitzes (nicht gezeigt) eingebaut ist. Die ECU 14 informiert den Fahrzugführer über das Ergebnis der Ermittlung, indem sie die Lampe 44 von AUS auf AN setzt, wenn ermittelt ist, dass die Zündkerze 24 verschmutzt ist (glimmen) oder wenn ermittelt ist, dass Fehlzündung oder ein Fehler aufgetreten ist.
Die Arbeitsweise der dargestellten Anordnung wird nun erklärt.
Der Stromfluss von der Energiequelle 12 über die Primärspule 10a wird durch den Leistungstransistor 16 in Antwort auf das von der ECU 14 gesendete Zündsignal (Zündbefehlstrompuls) geschalten (AN und AUS geschalten).
Wenn der Zündbefehlpuls von AN auf AUS gesetzt ist, d. h. wenn der Stromfluss durch die Primärspule 10a durch Schaltung des Leistungstransistors 16 von AN auf AUS unterbrochen ist, wird eine Hochspannung mit negativer Polarität gleichzeitig in der Sekundärspule 10b erzeugt. Deshalb fließt der Entladestrom wie durch die abwechselnd lang kurz gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigt. Insbesondere erzeugt Strom über den Weg der Zündkerze 24 → Sekundärspule 10b → Ionenstromerfassungskondensator 32 (oder Zenerdiode 34) → Diode 38 fließend eine Funkenentladung über den Spalt der Zündkerze 24 (zwischen der Mittelelektrode 24a und Masseelektrode 24b), die das Luft/Kraftstoffgemisch in der Zylinderverbrennungskammer zündet oder feuert und Verbrennung bewirkt.
Der Entladestrom lädt den Kondensator 32 in die wie in der Figur dargestellten Polarität auf. Wenn dieser Kondensator 32 geladen ist, funktioniert er wie eine Stromerfassungsenergiequelle mit einer Vorspannung zur Erfassung von Ionenstrom und Kriechstrom.
Während der durch eine Funkenentladung an der Zündkerze 24 ausgelösten Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs ionisiert das Luft/Kraftstoffgemisch (genauer das Verbrennungsgas, das durch normale Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs erzeugt wird). Die erzeugten Ionen wandern aufgrund des Effekts der Vorspannung des Ionenerfassungskondensators 32 und ihre daraus resultierende Anwesenheit zwischen den Elektroden der Zündkerze 24 erniedrigt den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden. Als ein Ergebnis fließt der Ionenstrom über den Weg des Ionenstromerfassungskondensators 32 → Sekundärspule 10b → Zündkerze 24, wie durch die abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie in Fig. 1 dargestellt. Der zu diesem Zeitpunkt auftretende Ionenstrom veranlasst, dass sich der Spannungsabfall über den Erfassungswiderstand 36 ändert. Der Ionenstromdetektor 30 gibt diese Spannungsänderung, d. h. die Ionenstromwellenform, an einen Wellenformkonverter aus, der später erklärt wird.
Wenn, wie oben erwähnt, die Mittelelektrode 24a oder die Masseelektrode 24b der Zündkerze 24 durch Ablagerungen von Ruß, Kohlenstoffrückständen, Asche von Kraftstoff und Öladditiven, etc. verschmutzt ist (glimmt), fällt der Widerstand zwischen den Elektroden und der Kriechstrom kann entlang des gleichen Wegs wie der des Ionenstroms fließen. Dieser Kriechstrom kann in der gleichen Art erfasst werden wie der Ionenstrom. Der später zu erklärende Ionenstromdetektor wird auch auf die Kriechstromerfassung angewendet.
Die ECU berechnet einen Zündzeitpunkt basierend auf den eingegebenen, von dem Kurbelwellensensor 40, von dem Ansaugunterdruckfühler 42 und anderen Sensoren gesendeten Werten und erzeugt ein Zündbefehlpuls, in einer Weise, dass Zündung zum berechneten Zündzeitpunkt auftritt. Sie ermittelt auch den Feuerungszustand basierend auf einem von einem Integrator (wird später erklärt) ausgegebenen Integralwert (Spannung) und basierend auf der Bestimmung, ob der Motor im Kraftstoffunterbrechungszustand ist.
Fig. 2 ist ein schematisches Schaltdiagramm, das die Gesamtkonfiguration des Feuerungszustandsermittlungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Teil des Zündkreises aus Fig. 2 ist weggelassen aus Gründen der einfacheren Darstellung.
Bevor jedoch auf eine Erklärung der Fig. 2 eingegangen wird, wird zum leichten Verständnis die Arbeitsweise der Schaltung mit Bezug auf Fig. 3 allgemein erklärt.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltung von Fig. 2 in Blockform darstellt.
Die im Ionenstromdetektor 30 erfasste Ionenstromwellenform wird zu einem Wellenformkonverter 50 weitergeleitet, der die Wellenform einer Polaritätsumkehr und einer Spannungsreduzierungsverarbeitung unterwirft.
Die in dem Wellenformkonverter 50 der Polaritätsumkehr und Spannungsreduktion unterworfene Wellenform wird dann an einen Integrator 60 eingegeben, der eine Integrationsverarbeitung durchführt, um das Zeitintegral des Ionenstroms zu bestimmen. Als ein Ergebnis wird ein Ausgabesignal proportional zum Zeitintegral erhalten.
Nach Polaritätsumkehr und Spannungsreduktion in dem Wellenformkonverter 50 wird die Ionenstromwellenform auch an eine Integrationsdauereinstelleinheit 70 geschickt. Die Integrationsdauereinstelleinheit 70 führt die Ionenstromwellenform durch ein internes Tiefpassfilter, um andere Frequenzbandkomponenten (Rauschen) als die Ionenstromfrequenzbandkomponenten zu dämpfen, und stellt ein oder bestimmt die Ionenstromintegrationsdauer im Verhältnis zu der Zeitdauer, während der der Ionenstrom weiterhin auftritt, wobei die Integrationsdauer durch den Integrator 60 eingestellt wird.
Die Ausgabe der Integrationsdauereinstelleinheit 70 wird an eine Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit(Schaltung) 80 geschickt, die die von der Integrationsdauereinstelleinheit 70 eingestellte Integrationsstartzeit auf einen Zeitpunkt verzögert (maskiert), der Vermeidung des Effekts von induktivem Rauschen ermöglicht. Die Ausgabe der Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 wird an die Integration AN/AUS-Einheit 90 geschickt, die arbeitet, um in Antwort auf die Integrationsdauer und Integrationsstartzeit, die von der Integrationsdauereinstelleinheit 70 und der Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 eingestellt oder bestimmt wurden, die Eingabe der Ionenstromwellenform an den Integrator 60 AN und AUS zu schalten. Die Integration durch den Integrator 60 ist somit auf eine gewünschte Zeitdauer limitiert, d. h. nur auf die Zeitdauer während der Ionenstrom weiterhin auftritt.
Die von dem Integrator 60 über die Integrationszeitdauer berechnete Ausgabe wird auf ihren Anfangswert (Null) durch eine Integrationszurücksetzungseinheit 100 zurückgesetzt, wenn ein Zündzeitpunktsignal θig 1 (in Kurbelwinkel), das den Zündbefehl an die Zündkerze 24 anzeigt, erzeugt ist und wenn ein anderes Signal θig2 (in Kurbelwinkel) zu einem späteren Zeitpunkt als der Zündzeitpunkt θig1 erzeugt ist (spezieller nachdem die Ionenstromerfassung abgeschlossen ist).
Mit Bezug auf Fig. 2 wird die vorhergehende Konfiguration und ihre Wirkungsweise nun im Detail erklärt.
Wie zuerst in dem vorhergehenden gezeigt, erfasst der Ionenstromdetektor 30 die durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs erzeugte Ionenstromwellenform (genauer Spannungswellenform) und die erfasste Ionenstromwellenform wird an den Wellenformkonverter 50 ausgegeben
Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, das die Ausgaben (erfasste Stromwellenformen und Pulse) in dem Feuerungszustandsermittlungssystem der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Das Zeitdiagramm von Fig. 4 ist für den Fall der normalen Verbrennung, aber beinhaltet einige der Fälle von Fehlzündung und Zündkerzenverschmutzung.
Wie in Fig. 4 gezeigt, schlägt die von dem Ionenstromdetektor 30 (speziell dem Erfassungswiderstand 36) erfasste Ionenstromwellenform sofort in die Minusrichtung impulsartig aus aufgrund von induktivem Rauschen direkt nach der Entladung über den Spalt der Zündkerzen 24, danach fließt der Strom weiter im Verhältnis zu dem Volumen oder der Anzahl von erzeugten Ionen und geht schließlich auf ein gegebenes Niveau zurück.
Die in dem Ionenstromdetektor 30 erfasste Ionenstromwellenform wird an den Wellenstromkonverter 50 weitergeleitet, in dem ihre Polarität umgekehrt wird und die Spannung erniedrigt wird, und wird dann an den Integrator 60 geschickt. Nach Polaritätsumkehr und Spannungsreduzierung im Wellenformkonverter 50 wird die Ionenstromwellenform auch an die Integrationsdauereinstelleinheit 70 geschickt, in der die Ionenstromwellenform an den negativen (invertierten) Anschluss eines Integrationsdauereinstellkomparators 72 eingegeben wird. Der positive (nicht invertierte) Anschluss des Komparators 73 wird mit einer Referenzspannung versorgt und vergleicht die Eingaben. Wenn die Ionenstromwellenform höher ist, gibt er ein niedriges Signal aus, während er ein hohes Signal ausgibt, wenn die Referenzspannung höher ist.
Die Ausgabe des niedrigen Signals des Integrationsdauereinstellkomparators 72 ist die Zeitdauer der Integration, die in dem Integrator 70 durchgeführt wird, und somit die Ionenstromerfassungsdauer zur Erfassung von Fehlzündung. Da die Integrationsdauereinstelleinheit 70 somit die Zeitdauer basierend auf der Ionenstromwellenform (der Dauer des Auftretens von Ionenstrom) einstellt, werden Ströme, die ausserhalb der Dauer des Ionenstromsauftretens aufgrund von verschiedenen Arten von Rauschen und anderen Gründen entstehen, nicht erfasst und werden somit abgehalten, einen Effekt auf die Fehlzündungserfassung zu haben. Als ein Ergebnis ist eine falsche Fehlzündungserfassung aufgrund solcher Ströme verhindert und eine exakte Fehlzündungserfassung ist gesichert.
Der Ausgangspuls der Integrationsdauereinstelleinheit 70 wird an die Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 geschickt. Die Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 verzögert den Startpunkt der Integration, d. h. stellt ein oder bestimmt die Maskierdauer am Anfang der Integration. Insbesondere wird dies durch Verzögerung des Invertierungszeitpunkts des Ausgabepuls von der Einheit 70 durch das Laden /Entladen des Verarbeitungsverzögerungskondensators 82 gemacht.
Die so erhaltene Stromwellenform wird an den positiven Anschluss des Verarbeitungsverszögerungskomparators 84 eingegeben. Der negative Anschluss des Komparators 84 wird mit einer Referenzspannung versorgt. Er vergleicht die Eingaben und gibt ein hohes Signal aus, wenn die Stromwellenform höher als die Referenzspannung ist. Wie aus Fig. 4 zu sehen ist, ist der Invertierungszeitpunkt des schließlich von der Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 erhaltenen Ausgabepuls mit einer gewissen Zeit vom Start des Auftretens des Ionenstroms verzögert. Wie oben erwähnt, wird die Eingabe der Ionenstromwellenform 60 zum Integrator AN und AUS gesetzt durch AN/AUS-Betätigung eines FET (Feld Effekt Transistors) 92 der Integration AN/AUS-Einheit 90basierend auf diesem Ausgabepuls, dessen Invertierungszeitpunkt verzögert worden ist.
Die Verzögerungszeit variiert mit der Kapazität (Maß für die Zeitkonstante) des Verarbeitungsverzögerungskondensators 82 und mit der Größe der Referenzspannung. Deshalb kann durch geeignetes Einstellen oder Bestimmen einer oder beider dieser Werte die Länge der Verzögerungszeit auf einen Wert eingestellt werden, der den Einfluß von induktivem Rauschen eliminiert. Da dies es möglich macht, den Bereich der von dem Wellenformkonverter 50 ausgegebenen Ionenstromwellenform, der der Dauer des Auftretens von induktivem Rauschen entspricht, zuverlässig zu maskieren, kann falsche Fehlzündungserfassung, die durch induktives Rauschen verursacht wird, verhindert werden, um eine noch exaktere Fehlzündungserfassung zu erhalten.
Die Ausgabe des Integrators 60 wird an die ECU 14 geschickt, wo die Ausgabe zu einem vorbestimmten ersten Zeitpunkt gelesen wird (zu einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition; dargestellt als "T1" in Fig. 4), nachdem der Ionenstrom aufhört aufzutreten.
Die Spannung des Integrationskondensators 62 wird durch die Integrationszurücksetzeinheit 100 zurückgesetzt, wenn das Zündzeitpunktsignal θig 1 erzeugt ist und wenn das andere Signal θig2 erzeugt ist. Insbesondere setzt die Einheit 100 durch das Anschalten eines Schalters 64 auf AN zurück, um den Kondensator 62 zu veranlassen, jedes mal, wenn das Signal θig1 oder θig2 erzeugt ist, in den Integrator 60 zu entladen. Der in Fig. 4 dargestellte Primärstrom zeigt den Stromfluss durch die Primärspule 10a der Zündspule 10 an.
Die ECU 14 liest den Ausgang des Integrators 60 zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt (zu einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition; dargestellt als "T2" in Fig. 4), was später als die Erzeugung des ersten Signals θig1 ist. Somit ermittelt die ECU 14 basierend auf den gelesenen Werten zu einem vorbestimmten ersten und zweiten Zeitpunkt T1, T2 den Feuerungszustand des Motors 20. Der Feuerungszustand beinhaltet normal, Fehlzündung, Zündkerzenverschmutzung (Glimmen) und einen Systemfehler.
Basierend auf dem oberen wird die Arbeitsweise des Feuerungszustandsermittlungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform nun mit Bezug auf das Fließdiagramm der Fig. 5 erklärt. Das Programm des Fließdiagramms wird ausgeführt zu einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition.
Das Programm beginnt in S10, in dem bestimmt wird, ob es der vorbestimmte erste Zeitpunkt T1 ist, und wenn das Ergebnis negativ ist, wird das Programm sofort beendet. Wenn das Ergebnis bejahend ist, geht das Programm zu S12, in dem die Ausgabe (integrierter Wert) zu diesem Zeitpunkt eingelesen ist, d. h. der Ionenstrom zu diesem Zeitpunkt erfasst ist.
Das Programm geht dann zu S14, in dem bestimmt wird, ob die Ausgabe (integrierter Wert) Hi ist. Hier zeigt "Hi" an, dass die eingelesene Ausgabe bei T1 höher ist, als ein vorbestimmter erster Schwellenwert und zeigt an, dass der Fluss des Ionenstroms einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet, und somit der Feuerungszustand des Motors 20 normal ist.
Wenn das Ergebnis bejahend ist, geht das Programm zu S16, in dem bestimmt wird, ob es der vorbestimmte zweite Zeitpunkt T2 ist. Wenn das Ergebnis negativ ist, springt das Programm zurück, bis das Ergebnis bejahend wird. Wenn es so ist, geht das Programm zu S18, in dem die Ausgabe zu diesem Zeitpunkt wieder eingelesen (erfasst) wird. Das Programm geht dann zu S20, in dem bestimmt wird, ob die Ausgabe (integrierter Wert), Hi ist. In ähnlicher Weise zeigt "Hi" an, dass die eingelesene Ausgabe bei T2 höher ist als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert. Der vorbestimmte zweite Schwellenwert kann der gleiche sein, wie der vorbestimmte erste Schwellenwert oder kann sich hiervon unterscheiden. Da die Ausgabe, wie in Fig. 4 dargestellt, durch das zweite Signal θig2 zurückgesetzt worden ist, zeigt die Tatsache, dass die Ausgabe bei T2 Hi ist, an, dass anderer als der Ionenstrom, d. h. Kriechstrom, fließt, und dessen Fluss einen vorgeschriebenen Referenzwert überschreitet.
Wenn das Ergebnis negativ ist, geht das Programm zu S22, in dem bestimmt wird, ob die Kraftstoffunterbrechung im Motor 20 im Gange ist. Die Kraftstoffunterbrechung wird bestimmt mit Hilfe einer Kraftstoffdosiersteuer/regelroutine, in der die Kraftstoffversorgung als unterbrochen bestimmt ist, und das Bit eines Flags wird auf eins gesetzt, wenn das Drosselventil fast oder vollständig geschlossen ist und wenn die Motordrehzahl NE gleich oder größer als eine vorbestimmte Drehzahl ist. Die Bestimmung dieses Schritts wird durchgeführt durch Überprüfen des Bits des Flags.
Wie oben erwähnt, wird der Feuerungszustand bei Kraftstoffunterbrechung ein Fehlzündungszustand sein und kein Ionenstrom wird fließen. Folglich muss das Ergebnis in S14 negativ sein, wenn die Kraftstoffunterbrechung im Gange ist. Wenn das Ergebnis in S22 bejahend ist, geht aus diesem Grund das Programm zu S24, in dem ermittelt wird, dass die Kraftstoffunterbrechung versagt hat, in anderen Worten, die Kraftstoffversorgung nicht vollständig geschlossen ist aufgrund eines Fehlers (vermutlich eines Fehlers, der im Kraftstoffversorgungssystem aufgetreten ist). Das Programm geht als nächstes zu S26, in dem ein Befehl erzeugt wird, die Warnlampe 44 AN zuschalten, um den Fahrzeugführer zu warnen, und das Programm wird beendet.
Wenn das Ergebnis in S22 negativ ist, geht das Programm andererseits zu S28, in dem ermittelt wird, dass Verbrennung stattgefunden hat und der Feuerungszustand des Motors 20 normal ist, und das Programm wird dann beendet. Wenn das Ergebnis in S20 bejahend ist, anzeigend, dass Kriechstrom fließt, geht das Programm zu S30, in dem bestimmt wird, dass die Zündkerze verschmutzt ist (glimmt) oder ein Fehler im Zündsystem oder im Kraftstoffversorgungssystem aufgetreten ist. Das Programm geht dann zu S26, um den Fahrzeugführer über die Tatsache zu informieren.
Wenn das Ergebnis in S14 negativ ist, geht das Programm zu S32 und bei Bestätigung des Eintreffens des Zeitpunkts T2 geht das Programm zu S34, um die Ausgabe zu diesem Zeitpunkt einzulesen (erfassen), und zu S36, in dem bestimmt wird, ob die Ausgabe Hi ist. Wenn das Ergebnis negativ ist, geht das Programm zu S38, in dem bestimmt wird, ob die Kraftstoffunterbrechung im Gange ist.
Wenn das Ergebnis in S38 negativ ist, geht das Programm zu S40, in dem ermittelt wird, dass Fehlzündung aufgetreten ist, oder ein Fehler im Zündsystem oder im Kraftstoffversorgungssystem aufgetreten ist, und geht zu S26, um den Fahrzeugführer über die Tatsache zu informieren. Wenn das Ergebnis in S38 bejahend ist, geht das Programm andererseits zu S42, in dem ermittelt wird, dass Verbrennung stattgefunden hat und der Feuerungszustand des Motors 20 normal ist.
Im Gegenteil sollte daher das Ergebnis in S36 normalerweise negativ sein, wenn das Ergebnis S36 bejahend ist, da das Ergebnis in S14 negativ gewesen ist. Demzufolge geht das Programm zu S44, in dem ermittelt wird, dass ein Fehler im Zündsystem oder im Kraftstoffzuleitungssystem aufgetreten ist, und geht dann zu S26, um den Fahrzeugführer über die Tatsache zu informieren.
Wie vorher erwähnt, wird der Ionenstrom in diesem System zu einem vorbestimmten ersten Zeitpunkt T1 erfasst und der Kriechstrom wird zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt T2 erfasst (der später ist als T1 oder diesem nachfolgt) und der Feuerungszustand des Motors 20 wird basierend auf dem erfassten Ionenstrom und Kriechstrom ermittelt. Damit wird es möglich, exakt zu unterscheiden, ob der Feuerungszustand normal ist oder Fehlzündung stattgefunden hat oder die Zündkerze 24 verschmutzt ist (glimmt) oder ein Fehler im Zündsystem oder im Kraftstoffzuleitungssystem aufgetreten ist.
Ferner ist die Systemkonfiguration einfach, da der Ionenstrom und der Kriechstrom mit derselben Hardware erfasst werden können.
Ferner wird es möglich, wie es aus dem in dem Fließdiagramm von Fig. 5 dargestellten Algorithmus verständlich ist, den Feuerungszustand in einer präzisen und vereinfachten Weise zu unterscheiden, da der Feuerungszustand aus der Kombination der den Ionenstrom oder Kriechstrom (d. h. "Hi" oder nicht (niedrig)) angebenden Ausgaben ermittelt wird.
Fig. 6 ist eine Tabelle, die die Kombination des erfassten Ionenstroms und Kriechstroms und ein aus den Kombinationen erhaltenes Ergebnis der Ermittlung zeigt.
Ferner wird es möglich, den Feuerungszustand spezieller zu unterscheiden, da der Feuerungszustand als einer aus normal, Zündkerzenverschmutzung, Fehlzündung und Systemfehler ermittelt ist.
Ferner wird es möglich, normale Fehlzündung von Fehlzündungszustand während der Kraftstoffunterbrechung zu unterscheiden, da der Feuerungszustand ermittelt wird, nachdem bestimmt wurde, ob die Kraftstoffunterbrechung im Motor 20 im Gange ist.
Weiterhin wird es möglich, weitere Verschlechterung der Abgase etc. zu vermeiden, da der Fahrzeugführer über den Feuerungszustand informiert ist, insbesondere, wenn der Feuerungszustand einer von Zündkerzenverschmutzung, Fehlzündung oder Systemfehler ist, da die Warnlampe 44 angeschalten ist, um den Fahrzeugführer zu warnen.
Wie im vorhergehenden beschrieben wurde, ist die Ausführungsform konfiguriert mit einem System zur Ermittlung eines Feuerungszustandes für einen Verbrennungsmotor 20 mit einer Zündkerze 24, die in einer Verbrennungskammer 22 eines Zylinders des Motors angeordnet ist und mit einer Zündspule 10 verbunden ist, die Funkenentladung erzeugt, wenn sie mit Entladestrom von der Zündspule versorgt wird, um ein Luft/Kraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer zu zünden; umfassend:
Ionenstromerfassungsmittel 14, 30, S10-S12 zur Erfassung von Ionenstrom, der während der Verbrennung des Luftkraftstoffgemischs fließt, zu einem vorbestimmten ersten Erfassungszeitpunkt T1;
Kriechstromerfassungsmittel 14, 30, S16-S18, S32-S34 zur Erfassung von Kriechstrom, der über die Elektroden der Zündkerze fließt, zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt T2, der später als der vorbestimmte erste Zeitpunkt T1 ist; und
Feuerungszustandsermittlungsmittel 14, S14, S20, S24, S28-S30, S36, S40-S44 zur Ermittlung eines Feuerungszustandes des Motors basierend auf Ausgaben des Ionenstromerfassungsmittels und des Kriechstromerfassungsmittels.
In dem System ermittelt das Feuerungszustandsermittlungsmittel den Zustand des Motors basierend auf der Kombination der Ausgaben des Ionenstromerfassungsmittels und Kriechstromerfassungsmittels.
In dem System ermittelt das Feuerungszustandsermittlungsmittel als Feuerungszustand mindestens einen der folgenden Zustände Normalzustand, Fehlzündung, Zündkerzenverschmutzung und Fehler in einem Zündsystem oder in einem Kraftstoffversorgungssystem.
Das System umfasst ferner Kraftstoffunterbrechungserfassungsmittel 14, S22, S38 zur Erfassung, ob eine Kraftstoffunterbrechung im Motor im Gange ist;
und das Feuerungszustandermittlungsmittel ermittelt den Feuerungszustand auf der Grundlage einer Kombination der Ausgaben des Ionenstromerfassungsmittels und des Kriechstromerfassungsmittels und einer Ausgabe des Kraftstoffunterbrechungserfassungsmittels.
Das System umfasst ferner: Informationsmittel 14, 44, S26, zum Informieren eines Fahrzeugführers über den ermittelten Feuerungszustand.
In dem System erfasst das Ionenstromerfassungsmittel den Ionenstrom als einen über eine Zeitdauer integrierten Wert und das Kriechstromerfassungsmittel erfasst den Kriechstrom als einen über eine Zeitdauer integrierten Wert.

Claims

1. System zur Ermittlung eines Feuerungszustandes für einen Verbrennungsmotor (20) mit einer Zündkerze (24), die in einer Verbrennungskammer (22) eines Zylinders des Motors angeordnet ist und mit einer Zündspule (10) verbunden ist, die Funkenentladung erzeugt, wenn sie mit Entladestrom von der Zündspule versorgt wird, um ein Luft/Kraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer zu zünden; umfassend:
Ionenstromerfassungsmittel (14, 30, S10-S12) zur Erfassung von Ionenstrom, der während der Verbrennung des Luftkraftstoffgemischs fließt, zu einem vorbestimmten ersten Erfassungszeitpunkt (T1);
Kriechstromerfassungsmittel (14, 30, S16-S18, S32-S34) zur Erfassung von Kriechstrom, der über die Elektroden der Zündkerze fließt, zu einem vorbestimmten zweiten Erfassungszeitpunkt (T2), der später als der vorbestimmte erste Erfassungszeitpunkt (T1) ist; und
Feuerungszustandsermittlungsmittel (14, S14, S20, S24, S28-S30, S36, S40-S44) zur Ermittlung eines Feuerungszustandes des Motors basierend auf Ausgaben des Ionenstromerfassungsmittels und des Kriechstromerfassungsmittels.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuerungszustandsermittlungsmittel den Feuerungszustand des Motors basierend auf einer Kombination der Ausgaben des Ionenstromerfassungsmittels und Kriechstromerfassungsmittels ermittelt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuerungszustandsermittlungsmittel als Feuerungszustand mindestens einen der folgenden Zustände Normalzustand, Fehlzündung, Zündkerzenverschmutzung und Fehler in einem Zündsystem oder in einem Kraftstoffversorgungssystem ermittelt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass es ferner umfasst: Kraftstoffunterbrechungserfassungsmittel (14, S22, S38) zur Erfassung, ob eine Kraftstoffunterbrechung im Motor im Gange ist;
und dass das Feuerungszustandermittlungsmittel den Feuerungszustand ermittelt auf Grundlage einer Kombination der Ausgaben des Ionenstromerfassungsmittels und des Kriechstromerfassungsmittels und einer Ausgabe des Kraftstoffunterbrechungserfassungsmittels.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ferner umfassend: Informationsmittel (14, 44, S26) zum Informieren eines Fahrzeugführers über den ermittelten Feuerungszustand.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionenstromerfassungsmittel den Ionenstrom als einen über eine Zeitdauer integrierten Wert erfasst.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kriechstromerfassungsmittel den Kriechstrom als einen über eine Zeitdauer integrierten Wert erfasst.