DE10325318B4

DE10325318B4 - Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10325318B4
Application number: DE10325318A
Authority: DE
Inventors: Masakazu Aioi Dohi; Toshio Kobe Uchida; Yoshiyuki Sera; Yasuhiro Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: JP2004068701A; DE10325318A1; US6931914B2; US20040025570A1; JP3619219B2

Abstract

Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine mit mehreren Verbrennungszylindern, die jeweils eine Zündkerze (1) zum Erzeugen eines Zündfunkens zur Zündung des im jeweiligen Zylinder befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches aufweisen, umfassend:
eine Zündspule (2) zum Erzeugen von Zündsignalen, die an die Zündkerzen (1) der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine angelegt werden;
einen Ionenstromdetektor (4) zum Erfassen eines Innenstroms, der in einem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine unmittelbar nach der Zündung des in der Verbrennungskammer des Zylinders befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt wird;
eine Klopf-Bestimmungseinrichtung (17) zum Bestimmen des Vorhandenseins einer Klopfvibrationskomponente im Innenstrom des Zylinders; und
eine Innenstrom-Begrenzungseinrichtung (16) zum Begrenzen der Ausgabe eines Innenstroms, der in Bezug auf einen jeweiligen Zylinder in einem anderen Zylinder der Brennkraftmaschine erzeugt wird, an die Klopf-Bestimmungseinrichtung (17) während einer vorbestimmten Zeitspanne nach Beginn der Aktivierung der Zündspule (2) des anderen Zylinders, falls in dem im jeweiligen Zylinder erzeugten Innenstrom eine Klopfvibrationskomponente...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine mit mehreren Verbrennungszylindern, die jeweils eine Zündkerze zum Erzeugen eines Zündfunkens für die Zündung des im jeweiligen Zylinder befindlichen Luft/Kraftstoff-gemsiches aufweisen.
Aus der DE 100 13 826 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine mit mehreren Verbrennungszylindern bekannt, wobei ein Ionenstromdetektor den in einem Verbrennungszylinder unmittelbar nach dem Zünden des darin befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugten Innenstrom erfasst. Hieraus wird eine Klopfvibrationskomponente extrahiert und ein Klopfimpuls ausgegeben, wenn die Vibrationskomponente größer ist als ein Klopferfassungs-Schwellenwert. Hingegen wird das Erfassen des Innenstroms gehemmt, während ein falscher Innenstrom erzeugt wird.
Technische Einzelheiten von Merkmalen bekannter Vorrichtungen dieser Art sind vielfach bekannt, wozu auf folgende Druckschriften verwiesen wird: DE 100 05 437 A1 , DE 100 04 592 C2 , DE 198 26 714 A1 , DE 100 09 606 A1 , DE 10040 959 A1 , DE 199 64 088 A1 , US 6 378 494 B1 , WO 99 31384 und EP 1 054 154 A2 .
Ferner ist aus der JP 2001-140 740 eine Klopfbestimmungsanordnung bekannt, die im folgenden anhand von 9 bis 11 der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben wird.
Wie in 9 gezeigt ist, wird dort eine Zündkerze 1 als Messkopf zum Erfassen eines Ionenstroms verwendet. Eine Vorspannvorrichtung 3 wird auf eine hohe Vorspannung aufgeladen zum Erfassen eines Ionenstroms unter Verwendung einer Sekundärspannung einer Zündspule 2. Nach dem Abschluss des Entladens zum Zünden wird die Vorspannung der Ladung in der Vorspannvorrichtung 3 während der Entladungsperiode an den Anschluss der Zündkerze 1 angelegt, damit von einem Ionenstromdetektor 4, der mit einer Motorsteuereinheit 5 verbunden ist, ein Innenstrom erfasst wird.
Wie 10 zeigt, wird der Innenstrom 3s von der durch die Vorspannvorrichtung 3 angelegten Hochspannung eingegeben und durch einen Stromverteiler 6 in dem Ionenstromdetektor 4 an ein Bandpassfilter 7 verteilt zum Extrahieren einer Klopfvibrationskomponente und an einen Vergleichsabschnitt 8 zum Bestimmen einer Verbrennungsbedingung. Dieser Vergleichsabschnitt 8 bestimmt, dass die Verbrennung bewirkt worden ist, und gibt einen Impuls an die Motorsteuereinheit 5 ab, wenn die Eingangsgröße größer ist als ein vorbestimmter Verbrennungsimpuls-Schwellenwert 8a. Aus diesem Impuls kann eine Verbrennungs-/Fehlzündungsbedingung bestimmt werden. Dieser Impuls wird nachstehend als Verbrennungsimpuls 8s bezeichnet.
Eine Klopfvibrationskomponente wird durch das Bandpassfilter 7 extrahiert und dann von einem Verstärker 9 verstärkt. Der Vergleichsabschnitt 10 zum Bestimmen eines Klopfens bestimmt, dass es ein Klopfen gibt, wenn die Vibrationskomponente größer ist als ein vorbestimmter Klopferfassungs-Schwellenwert 10a und dann gibt ein Ausgangsabschnitt 11 einen Klopfimpuls 11s an die Motorsteuereinheit 5 ab.
Ferner offenbart die JP 2001-073 862 eine Klopferfassungsanordnung, die eine Integrationsschaltung hat zum Integrieren (Laden) einer einem Innenstrom überlagerten Vibrationskomponente, und eine Entladungsschaltung zum Entladen einer vorbestimmten Ladungsmenge aus der als Ergebnis der Integration (Laden) erhaltenen Ladung. Dabei wird automatisch ein Klopferfassungs-Schwellenwert einer Entladungsbalance zwischen der Integrationsschaltung und der Entladungsschaltung abstimmt.
Ferner offenbart die JP 2001-077 944 eine Klopferfassungsanordnung, deren Aufbau in 12 näher dargestellt ist.
Wenn ein Klopfen in einem Verbrennungsmotor auftritt, wird ein Klopfsignal bei einer speziellen Frequenz einem Innenstrom in einer abnehmenden Periode überlagert, nachdem der Innenstrom einen Spitzenwert hatte. Als Vorrichtung zum Erfassen eines Klopfens durch Innenstrom wird daher ein Verfahren zum Erfassung nur eines solchen Klopfsignals bei einer speziellen Frequenz während des Entfernens anderer Signale (z. B. eine LC-Rensonanzwellenform) bevorzugt verwendet. Demnach wird vorgezogen, ein Klopffenster bereitzustellen, das zu einer Zeit nach einer Zeit geöffnet ist, wenn unnötige Signale verschwinden und das zu einer geeigneten Zeit geschlossen wird nach einem Abnehmen des Innenstroms (beispielsweise bei ATDC60°, bzw. 60° nach dem oberen Totpunkt) und zum Erfassen eines Klopfens basierend auf der Ausgangsgröße eines Ionenstromerfassungsabschnittes während einer Zeitdauer, durch die das Klopffenster geöffnet ist.
Auch das Klopferfassungsverfahren unter Verwendung von Innenstrom gemäß JP 06-159 129 A weist einen Aufbau nach 12 auf. Bei diesem Verfahren wird ein Klopfsignal von einem Ausgangssignal von einem Ionenstrom-Erfassungsabschnitt unter Verwendung eines Bandpassfilters separiert und integriert und ein Klopfen basierend auf dem integrierten Wert erfasst.
Dabei wird eine LC-Resonanzwellenform von einer Ausgangsgröße eines Innenstrom-Erfassungsabschnittes 19 durch einen LC-Resonanzmaskenabschnitt 20 separiert und die Ausgangsgröße von dem Innenstrom-Erfassungsabschnitt 15 wird daraufhin in einen Verarbeitungsabschnitt 23 über einen Bandpassfilterabschnitt 21 und einen Spitzenwerthalterabschnitt oder Integrationsabschnitt 22 eingegeben. Der Betrieb des Spitzenwerthalterabschnittes 22 wird durch ein Fenster gesteuert, das geöffnet wird auf einen vorbestimmte Zeit nach dem Zünden hin entsprechend der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Last des Verbrennungsmotors und das geschlossen wird zu einer Schließzeit entsprechend etwa 50°CA als Ausdruck eines Kurbelwinkels nach dem Öffnen. Rauschkomponenten werden durch die Verwendung eines Phänomens entfernt, bei dem ein Integralwert von Rauschen, das als augenblickliche Änderung in der Ionenstromkonzentration angenommen wird, schrittweise zunimmt, und eines Phänomens, bei dem ein integraler Wert eines Klopfsignals kontinuierlich zunimmt. Es ist bekannt, dass der LC-Resonanzmaskenabschnitt 20 zwischen dem Innenstrom-Erfassungsabschnitt 19 und dem Bandpassfilterabschnitt 21 zum Zwecke des Eliminierens des Einflusses der LC-Resonanz nach dem Entladen vorgesehen ist.
In der oben erwähnten konventionellen Klopferfassungsanordnung, die in der JP 2001-140 740 offenbart ist, wird, wenn die Anregung der Zündspule zum Zünden in einem anderen oder dem nächsten Zylinder gestartet wird, ein falscher Innenstrom 3sa durch elektromagnetische Induktion generiert, die durch das Starten der Erregung der Zündspule zum Zünden in dem anderen oder nächsten Zylinder bewirkt wird, wie in (c) der 11 gezeigt. Ein falscher Innenstrom 3sa tritt auf, wie wenn eine Verbrennung bewirkt wird oder ein Klopfen in dem der Zündspule entsprechenden Zylinder auftritt. Ein falsches Klopfkomponentensignal 9sa erscheint durch den falschen Innenstrom 3sa als ein Klopfkomponentensignal 9s, wie in (e) der 11 gezeigt. Zu dieser Zeit wird ein fehlerhafter Klopfimpuls 11sa als Klopfimpuls 11s generiert, wie in (f) der 11 gezeigt. Auch wird ein fehlerhafter Verbrennungsimpuls 8sa als ein Verbrennungsimpuls 8s generiert, wie in (d) der 11 gezeigt. Demnach erwächst eine Gefahr einer fehlerhaften Bestimmung von Verbrennung oder einer fehlerhaften Bestimmung von Klopfen.
Das Verfahren des autonomen Abstimmens eines Klopfbestimmungsschwellwertes gemäß der Entladungsbalance zwischen einer Integrationsschaltung und einer Entladungsschaltung hat ein Problem dahingehend, dass selbst, wenn kein Klopfen auftritt, die Gefahr des Ladens mit einem durch einen falschen Innenstrom generierten Klopfkomponentensignal besteht, welches den Schwellenwert zum Erfassen von Klopfen erhöht, was zu Erfassungsfehlern führt. Ferner hat das Verfahren des Trennens eines Klopfsignals von einem Ausgangssignal des Ionenstrom-Erfassungsabschnittes 19 durch die Verwendung eines Bandpassfilter-Abschnittes 21, das Integrieren des separierten Klopfsignals (das Halten der Spitze des separierten Klopfsignals) und das Erfassen eines Klopfens auf der Basis des Integralwertes (des gehaltenen Spitzenwertes) ein Problem dahingehend, dass ein von einem falschen Innenstrom generiertes Klopfkomponentensignal nicht durch den Bandpassfilterabschnitt 21 entfernt werden kann, so dass das durch den falschen Innenstrom generierte Klopfkomponentensignal und ein Klopfen voneinander nicht zuverlässig unterschieden werden können und eine Gefahr besteht, dass ein Erfassungsergebnis erhalten wird, das fehlerhaft ein Klopfen anzeigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine mit mehreren Verbrennungszylindern zu schaffen, mit welcher bei einem verhältnismäßig einfachen Aufbau eine fehlerhafte Bestimmung des Auftretens von Klopfen mit hoher Genauigkeit erkennbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach dem Patentanspruch 1 oder dem Patentanspruch 6 gelöst.
Weiterbildungen hiervon ergeben sich aus den diesen Patentansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüchen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand von 1 bis 8 der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ein Zeitdiagramm der Erläuterung des Betriebs Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ein Flussdiagramm der Erläuterung des Betriebs Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
5 ein Zeitdiagramm der Erläuterung des Betriebs Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
6 ein Flussdiagramm der Erläuterung des Betriebs Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
7 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
8 ein Zeitdiagramm der Erläuterung des Betriebs Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
9 ein Blockschaltbild zum allgemeinen Aufbau einer Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine gemäß einer bekannten Ausführungsform;
10 ein Blockschaltbild einer bekannten Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine;
11 ein Zeitdiagramm der Erläuterung des Betriebs bekannten Vorrichtung; und
12 ein Blockschaltbild einer weiteren bekannten Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine.
Die bevorzugten Ausführungen der Erfindung werden im folgenden näher beschrieben.
Ausführungsform 1
Eine Verbrennungsbedingungserfassungsanordnung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm zum Zeigen der Struktur eines Ionenstromdetektors in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Von dem Ionenstromdetektor abweichende Komponenten sind dieselben wie die in dem oben erwähnten Beispiel der üblichen Technik. In jeder der nachstehenden beschriebenen Ausführungsformen liegt der Unterschied gegenüber der üblichen Technik auch nur in dem Ionenstromdetektor. In den Zeichnungen kennzeichnen die selben Bezugszeichen identische oder entsprechende Abschnitte.
Es wird Bezug genommen auf 1; der Ionenstromdetektor hat eine Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16, eine Zeitgebervorrichtung 16a, Zündsignal-Bestimmungsvorrichtungen 12 bis 15, einen Stromverteiler 6, ein Bandpassfilter (BPF) 7, einen Vergleichsabschnitt 8 zum Bestimmen einer Verbrennungsbedingung, einen Verbrennungsimpulsschwellwert 8a, einen Verstärker 9, eine Klopfbestimmungsvorrichtung 17 und einen Ausgangsabschnitt 11. Die Klopfbestimmungsvorrichtung 17 ist dieselbe wie der Klopfbestimmungsvergleichsabschnitt 10, der in 10 gezeigt ist, d. h. der Abschnitt, in dem das Vorliegen eines Klopfens bestimmt wird, wenn die Vibrationskomponente des Klopfkomponentensignals größer ist als der vorbestimmte Klopfbestimmungsschwellwert 10a. Der Vergleichsabschnitt 8 zum Bestimmen einer Verbrennungsbedingung und der Verbrennungsimpulsschwellwert 8a bilden eine Verbrennungsbestimmungsvorrichtung.
Der Betrieb der Verbrennungsbedingungsbestimmungsanordnung für den Verbrennungsmotor in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
2 ist ein Zeitdiagramm zum Zeigen des Betriebs des Ionenstromdetektors in der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. 3 ist ein Flussdiagramm zum Zeigen des Betriebsablaufs des Ionenstromdetektors in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Die Beschreibung der Ionenstromerfassung wird von einem von mehreren Zylindern (4 Zylinder) vorgenommen. Das Erfassen jedes der übrigen Zylinder (zweiter bis vierter Zylinder) wird auf dieselbe Weise ausgeführt, wie das vom ersten Zylinder.
Ein falscher Innenstrom 3sa wird durch elektromagnetische Induktion generiert, die bewirkt wird, wenn die Erregung der Zündspule in einem anderen der übrigen Zylinder (zweiter bis vierter Zylinder) gestartet wird, wie in (c) der 2 gezeigt. Ein falsches Klopfkomponentensignal 9sa wird durch den falschen Innenstrom 3sa als ein Klopfkomponentensignal 9s generiert, wie in (e) der 2 gezeigt. Zu dieser Zeit wird ein fehlerhafter Klopfimpuls 11sa als ein Klopfimpuls 11s generiert, wie in (f) der 2 gezeigt. Auch wird ein fehlerhafter Verbrennungsimpuls 8sa als Verbrennungsimpuls 8s generiert, wie (d) der 2 gezeigt.
Der Innenstrom wird durch die Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16 derart begrenzt, dass der Innenstrom wird wie in (g) der 2 gezeigt und der Verbrennungsimpuls wird wie in (h) der 2 gezeigt. Nach dem Begrenzen wird kein falscher Innenstrom erfasst.
Das Klopfkomponentensignal wird erstellt, wie in (i) der 2 gezeigt. Auch werden als Ergebnis der Begrenzung des Innenstroms die Klopfimpulse nur ausgebildet aus normalen Klopfimpulsen, wie in (j) der 2 gezeigt. Das heißt, die Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16 begrenzt die Verbrennungsimpulse 8s und Klopfimpulse 11s, die als Verbrennungserfassungsergebnis erhalten werden.
Der Betriebsablauf wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 3 detailliert beschrieben.
In Schritt 101 wird das Erfassen von Innenstrom durch die Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16 durchgeführt. Wenn es keinen Innenstrom gibt, wird das Erfassen von Innenstrom wieder ausgeführt, wenn es einen Innenstrom gibt, schreitet der Prozess zu Schritt 102 fort.
In Schritten 102 bis 104 wird durch die Zündsignalbestimmungsvorrichtungen 13 bis 15 bestimmt, ob die Erregung einer der Zündspulen 2 bis 4 begonnen hat. Wenn die Erregung irgendeiner der Zündspulen 2 bis 4 noch nicht begonnen hat, geht der Prozess weiter zu Schritt 105. Wenn die Erregung einer der Zündspulen 2 bis 4 begonnen worden ist, geht der Prozess zu Schritt 106.
Im Schritt 105 wird der Innenstrom von der Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16 zum Ionenstromverteiler 6 ausgegeben. Der Ionenstromverteiler 6 gibt Ströme an das Bandpassfilter (BPF) 7 und den Vergleichsabschnitt zum Bestimmen einer Verbrennungsbedingung.
Andererseits wird im Schritt 106 von der Zeitgebervorrichtung 16a in der Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16 bestimmt, ob die vorliegende Zeit innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode vom Beginn der Erregung in dem anderen von den übrigen Zylindern liegt.
Wenn die vorliegende Zeit nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode liegt, das heißt, die vorbestimmte Zeitperiode abgelaufen ist, wird der Innenstrom an den Ionenstromverteiler 6 durch die Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16 im Schritt 105 ausgegeben. Wenn die momentane Zeit innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode liegt, wird ein Warten auf das Ende der vorbestimmten Zeitperiode nach dem Beginn der Erregung in dem anderen von den übrigen Zylindern durchgeführt durch die Zeitgebervorrichtung 16a in der Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16. Durch dieses Warten wird die Zufuhr von Innenstrom zu dem Ionenstromverteiler 6 gestoppt.
Da das Erfassen von Innenstrom begrenzt ist und da die Zufuhr von Innenstrom zum Ionenstromverteiler 6 gestoppt ist, wird kein falscher Innenstrom generiert, wie in (g) der 2 gezeigt und es ergeben sich nur normale Verbrennungsimpulse, wie in (j) der 2 gezeigt.
Da die Zufuhr von Innenstrom zum Stromverteiler 6 für eine vorbestimmte Zeitperiode gestoppt ist, wird kein falscher Innenstrom generiert, wie in (g) der 2 gezeigt und es ergeben sich nur Klopfimpulse, wie in (j) der 2 gezeigt.
Ferner kann ein Verfahren verwendet werden, in dem die Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16 den Innenstrom in Digitaldaten umwandelt und eine digitale Verbindung erstellt wird zwischen den Daten der Zündspule in den übrigen Zylindern beim Start der Erregung und den Daten der übrigen Zylinder nach einem Ablauf der vorbestimmten Zeitperiode vom Start der Erregung. Eine Rückumwandlung der Daten in ein Analogsignal kann beispielsweise durch den Stromverteiler 6 oder Ähnliches an einem geeigneten Punkt in einer folgenden Stufe vorgenommen werden.
Wie oben beschrieben, wird, wenn die Erregung der Zündspule zum Zünden in einem anderen der Zylinder gestartet wird, ein falscher Innenstrom durch elektromagnetische Zündung bewirkt, die durch den Start der Erregung der Zündspule für das Zünden in einem übrigen Zylinder bedingt ist, als ob eine Verbrennung bewirkt wird oder ein Klopfen in dem Zylinder entsprechend der Zündspule auftritt, durch die die Ionenstromerfassung durchgeführt wird. Entsprechend der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung werden die Ionenstromausgabe und die Klopfkomponentensignalausgabe begrenzt zum Vermeiden der Ausgabe solchen falschen Innenstroms und eines solchen falschen Klopfkomponentensignals, hierdurch fehlerhafte Verbrennungsbestimmung oder fehlerhafte Klopfbestimmung vermeidend zum starken Verbessern der Erfassungsgenauigkeit.
Ausführungsform 2
Eine Verbrennungsbedingungserfassungsanordnung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 4 ist ein Diagramm zum Zeigen der Struktur eines Ionenstromdetektors in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
Es wird Bezug genommen auf 4, der Ionenstromdetektor hat Zündsignalbestimmungsvorrichtungen 12 bis 15, einen Stromverteiler 6, ein Bandpassfilter (BPF) 7, einen Vergleichsabschnitt 8 zum Bestimmen einer Verbrennungsbedingung, einen Verbrennungsimpulsschwellwert 8a, einen Verstärker 9, eine Klopferfassungshemmvorrichtung 18, eine Zeitgebervorrichtung 18a, eine Klopfbestimmungsvorrichtung 17 und einen Ausgangsabschnitt 11. Die Klopfbestimmungsvorrichtung 17 ist dieselbe wie der Klopfbestimmungsvergleichsabschnitt 10, der in 10 gezeigt ist, d. h. der Abschnitt, in dem das Vorliegen eines Klopfens bestimmt wird, wenn die Vibrationskomponente des Klopfkomponentensignals größer ist als der vorbestimmte Klopfbestimmungsschwellwert 10a. Der Vergleichsabschnitt 8 zum Bestimmen einer Verbrennungsbedingung und der Verbrennungsimpulsschwellwert 8a bilden eine Verbrennungsbestimmungsvorrichtung.
Der Betrieb der Verbrennungsbedingungsbestimmungsanordnung für den Verbrennungsmotor in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
5 ist ein Zeitdiagramm zum Zeigen des Betriebs des Ionenstromdetektors in der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. 6 ist ein Flussdiagramm zum Zeigen des Betriebsablaufs des Ionenstromdetektors in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
Wenn die Erregung der Zündspule in einem anderen der übrigen Zylinder startet, wird ein falscher Innenstrom 3sa durch elektromagnetische Induktion generiert, wie in (c) der 5 gezeigt. Ein Klopfkomponentensignal 9sa wird durch den falschen Innenstrom 3sa in ein Klopfkomponentensignal 9s generiert, das durch das Bandpassfilter 7 von einem der durch den Ionenstromverteiler 6 verteilten Innenströme extrahiert worden ist und durch den Verstärker 9 verstärkt, wie in (d) der 5 gezeigt. Wenn dieses Klopfkomponentensignal 9sa zur Klopferfassung verwendet wird, wird ein fehlerhafter Klopfimpuls 11sa generiert, wie in (e) der 5 gezeigt.
Das Erfassen des Klopfkomponentensignals wird gehemmt durch die Klopferfassungshemmvorrichtung 18, so dass das Klopfkomponentensignal wie in (f) der 5 gezeigt wird, kein fehlerhafter Klopfimpuls 11sa, wie er in (e) der 5 gezeigt ist, generiert wird und nur normale Klopfimpulse resultieren, wie in (g) der 5 gezeigt.
Der Betriebsablauf wird detailliert beschrieben unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 6.
In Schritt 201 wird, wenn ein Innenstrom eingegeben wird, eine Bestimmung durchgeführt durch die Klopferfassungshemmvorrichtung 18, ob ein Klopfkomponentensignal existiert. Wenn bestimmt wird, dass kein Impuls als Klopfkomponentensignal existiert, wird wieder eine Bestimmung durchgeführt, ob ein Klopfkomponentensignalimpuls existiert. Wenn ein Klopfkomponentensignal existiert, geht der Prozess weiter zu Schritt 202.
Als Nächstes wird in Schritten 202 bis 204 eine Bestimmung durch die Zündsignalbestimmungsvorrichtungen 13 bis 15 durchgeführt, ob eine Erregung einer der Zündspulen 2 bis 4 in den übrigen Zylindern begonnen worden ist. Wenn eine Erregung irgendeiner der Zündspulen 2 bis 4 in den übrigen Zylindern noch nicht begonnen hat, geht der Prozess weiter zu Schritt 205. Wenn eine Erregung einer der Zündspulen 2 bis 4 in den übrigen Zylindern begonnen hat, geht der Prozess weiter zu Schritt 206.
Als Nächstes wird im Schritt 205 das Klopfkomponentensignal von der Klopferfassungshemmvorrichtung 18 an die Klopfbestimmungsvorrichtung 17 ausgegeben.
Andererseits wird im Schritt 206 eine Bestimmung durchgeführt durch die Klopferfassungshemmvorrichtung 18, ob die momentane Zeit innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode vom Start der Erregung in dem anderen der übrigen Zylinder liegt. Diese vorbestimmte Zeitperiode wird bestimmt durch tatsächliches Messen des Klopfkomponentensignals 9sa, das durch falschen Innenstrom generiert wird, wie in (d) der 5 gezeigt. Wenn die vorliegende Zeit nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode ist, d. h., die vorbestimmte Zeitperiode vorüber ist, wird das Klopfkomponentensignal an die Klopfbestimmungsvorrichtung 17 durch die Klopferfassungshemmvorrichtung 18 im Schritt 205 ausgegeben. Wenn die momentane Zeit innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode liegt, wird das Erfassen des Klopfkomponentensignals während der Zeitperiode entsprechend dem ersten Impuls nach dem Start der Erregung in dem übrigen Zylinder durch die Klopferfassungshemmvorrichtung 18 gehemmt.
Da das Klopfkomponentensignal der Klopfbestimmungsvorrichtung 17 durch die Klopferfassungshemmvorrichtung 18 während der vorbestimmten Zeitperiode nicht zugeführt wird, wird die Klopfbestimmung nicht vorgenommen und kein falsches Klopfkomponentensignal wird generiert, wie in (f) der 5 gezeigt und es ergeben sich nur normale Klopfimpulse, wie in (g) der 5 gezeigt.
Während die vorbestimmte Zeitperiode, wie oben beschrieben, eingestellt worden ist, ist es wünschenswert, dass die vorbestimmte Zeitperiode ausgedehnt wird bis zum Ende der Vibration, wenn Rauschvibration nicht bei einer Welle endet.
Es kann auch ein Verfahren verwendet werden, bei dem das Erfassen des Klopfkomponentensignals während der vorbestimmten Zeitperiode nach einem Start von Erregung der Zündspule zum Erzielen der selben Wirkung durch die Zeitgebervorrichtung 18a in der Klopferfassungshemmvorrichtung 18 gehemmt wird.
Wie oben beschrieben, wird, wenn das Erregen der Zündspule für das Zünden in einem anderen der Zylinder begonnen hat, ein falscher Innenstrom durch elektromagnetische Induktion bedingt durch den Start der Erregung der Zündspule für das Zünden in dem übrigen Zylinder generiert, als ob eine Verbrennung bewirkt worden wäre oder ein Klopfen aufgetreten in dem der Zündspule entsprechenden Zylinder, durch die Ionenstromerfassung durchgeführt wird. Gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird die Ausgabe des Klopfkomponentensignals gehemmt, um die Ausgabe eines solchen falschen Klopfkomponentensignals zu verhindern, hierdurch eine fehlerhafte Klopfbestimmung vermeidend zum starken Verbessern der Erfassungsgenauigkeit.
Ausführungsform 3
Während die Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben worden sind in bezug auf ein Starten der Erregung der Zündspule zum Zünden in einem anderen der übrigen Zylinder kann der oben erwähnte Betriebsablauf begrenzt werden auf ein Starten von Erregung der Zündspule zum Zünden im nächsten Zylinder.
Wie oben beschrieben, wird, wenn das Erregen der Zündspule für das Zünden in einem anderen der Zylinder begonnen hat, ein falscher Innenstrom durch elektromagnetische Induktion bedingt durch den Start der Erregung der Zündspule für das Zünden in dem übrigen Zylinder generiert, als ob eine Verbrennung bewirkt worden wäre oder ein Klopfen aufgetreten in dem der Zündspule entsprechenden Zylinder, durch die Ionenstromerfassung durchgeführt wird. Gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung sind die Ionenstromausgabe und die Klopfkomponentensignalausgabe beschränkt zum Verhindern der Ausgabe eines solchen falschen Innenstroms und eines solchen falschen Klopfsignals, hierdurch eine fehlerhafte Verbrennungsbestimmung oder eine fehlerhafte Klopfbestimmung vermeidend, um die Erfassungsgenauigkeit stark zu verbessern.
Ausführungsform 4
Eine Verbrennungsbedingungserfassungsanordnung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 7 ist ein Diagramm zum Zeigen der Struktur eines Ionenstromdetektors in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
Es wird Bezug genommen auf 7; der Ionenstromdetektor hat einen Stromverteiler 6, ein Bandpassfilter (BPF) 7, einen Vergleichsabschnitt 8 zum Bestimmen einer Verbrennungsbedingung, einen Verbrennungsimpulsschwellwert 8a, einen Verstärker 9, einen Klopfbestimmungsvergleichsabschnitt 10 und einen Ausgangsabschnitt 11. Ferner hat der Ionenstromdetektor Zündsignalbestimmungsvorrichtungen 12 bis 15, eine Ionenstrombegrenzungsvorrichtung 16 mit einer Zeitgebervorrichtung 16a und eine Klopferfassungshemmvorrichtung 18 mit einer Zeitgebervorrichtung 18a (in 7 nicht explizit dargestellt). Der Vergleichsabschnitt 8 zum Bestimmen einer Verbrennungsbedingung und der Verbrennungsimpulsschwellwert 8a bilden eine Verbrennungsbestimmungsvorrichtung.
Der Betrieb der Verbrennungsbedingungsbestimmungsanordnung für den Verbrennungsmotor in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
8 ist ein Zeitdiagramm zum Zeigen des Betriebs des Ionenstromdetektors in der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
Wenn die Erregung der Zündspule in einem anderen der übrigen Zylinder startet, wird ein falscher Innenstrom 3sa durch elektromagnetische Induktion generiert, wie in (c) der 8 gezeigt. Ein Klopfkomponentensignal 9sa wird durch den falschen Innenstrom 3sa in ein Klopfkomponentensignal 9s generiert, das durch das Bandpassfilter 7 von einem der durch den Stromverteiler 6 verteilten Innenströme extrahiert wird und durch den Verstärker 9 verstärkt wird, wie in (d) der 8 gezeigt. Ein Schwellwert Th1A, der gemäß der Lade-Entlade-Balance bestimmt ist, wird erhöht (Th1aA) durch das Laden mit diesem Klopfkomponentensignal, wie in (d) der 8 gezeigt. Mit dieser Erhöhung wird ein Klopfbestimmungsschwellwert Th2B, der durch eine Funktion des Schwellwertes Th1A bestimmt wird, ebenfalls erhöht (Th2aB), wie in (d) in 8 gezeigt.
In dieser Situation werden Klopfimpulse 11s gebildet, wie in (e) der 8 gezeigt. Wenn ein Klopfkomponentensignal wie das in (f) der 8 gezeigte, als ein Ergebnis der Erhöhung des Schwellwertes Th1A und der Erhöhung des Schwellwertes Th2B bedingt durch ein falsches Klopfkomponentensignal 9sa generiert wird, werden die Schwellwerte Th1A und Th2B wie in (f) der 8 gezeigt. Dann wird das Klopfkomponentensignal nicht erfasst und die Klopfimpulse 11s werden ausgebildet wie in (g) der 8 gezeigt. Das heißt, das fehlerhafte Erfassen eines Klopfens, das eigentlich erfasst werden sollte, ist zu befürchten.
Deshalb, wie in den oben erwähnten Ausführungsformen 1 oder 2, wird das Erfassen eines falschen Fehlerstroms 3sa oder eines falschen Klopfkomponentensignal 9sa durch Verwenden der Fehlerstrombegrenzungsvorrichtung 16 oder der Klopferfassungshemmvorrichtung 18 vermieden. In diesem Fall wird das Klopfkomponentensignal wie in (h) der 8 gezeigt, der Schwellwert Th1A wird durch Laden mit falschem Klopfkomponentensignal 9sa nicht erhöht und der Schwellwert Th2B wird ebenfalls, wie in (h) der 8 gezeigt. Es ergeben sich Klopfimpulse wie sie in (i) der 8 gezeigt sind.
Der Schwellwert Th1A und der Schwellwert Th2B werden nicht durch ein falsches Klopfkomponentensignal 9sa erhöht, so dass selbst wenn daraufhin ein Klopfkomponentensignal wie das in (j) der 8 gezeigte generiert wird, der Schwellwert Th1A und der Schwellwert Th2B sind, wie in (j) der 8 gezeigt und das Klopfkomponentensignal erfasst wird. In diesem Fall erhaltene Klopfimpulse sind in (k) der 8 gezeigt.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine mit mehreren Verbrennungszylindern, die jeweils eine Zündkerze (1) zum Erzeugen eines Zündfunkens zur Zündung des im jeweiligen Zylinder befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches aufweisen, umfassend: eine Zündspule (2) zum Erzeugen von Zündsignalen, die an die Zündkerzen (1) der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine angelegt werden; einen Ionenstromdetektor (4) zum Erfassen eines Innenstroms, der in einem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine unmittelbar nach der Zündung des in der Verbrennungskammer des Zylinders befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt wird; eine Klopf-Bestimmungseinrichtung (17) zum Bestimmen des Vorhandenseins einer Klopfvibrationskomponente im Innenstrom des Zylinders; und eine Innenstrom-Begrenzungseinrichtung (16) zum Begrenzen der Ausgabe eines Innenstroms, der in Bezug auf einen jeweiligen Zylinder in einem anderen Zylinder der Brennkraftmaschine erzeugt wird, an die Klopf-Bestimmungseinrichtung (17) während einer vorbestimmten Zeitspanne nach Beginn der Aktivierung der Zündspule (2) des anderen Zylinders, falls in dem im jeweiligen Zylinder erzeugten Innenstrom eine Klopfvibrationskomponente enthalten ist, welche größer ist als ein vorbestimmter Klopfvibrationskomponenten-Schwellenwert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Ionenstromdetektor (4) umfasst: einen Stromverteiler (6) zum Verteilen des Innenstroms aus den jeweiligen Zylindern; ein Bandpassfilter (7), welches aus dem Ausgangsignal des Stromverteilers (6) eine Klopfvibrationskomponente extrahiert; eine Verbrennungs-Bestimmungseinrichtung (8, 8a) zum Ausgeben eines Zündimpulses, wenn ein Ausgangssignal des Stromverteilers (6) größer ist als ein Zündimpuls-Schwellenwert; und eine Zündsignal-Bestimmungseinrichtung (12–15) zum Bestimmen auf der Grundlage des Zündsignals, ob die Aktivierung der Zündspule (2) zur Zündung in einem anderen Zylinder begonnen hat; wobei die Innenstrom-Begrenzungseinrichtung (16) am Stromverteiler (6) eingangsseitig angeordnet ist; und die Klopf-Bestimmungseinrichtung (17) einen Klopfimpuls ausgibt, falls die im Innenstrom des jeweiligen Zylinders größer ist als der Klopfvibrationskomponenten-Schwellenwert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Innenstrom-Begrenzungseinrichtung (16) eine Zeitgebereinrichtung (16a) umfasst zum Messen der vorbestimmten Zeitspanne nach dem Beginn der Aktivierung der Zündspule (2) für die Zündung in einem anderen Zylinder, wobei die Ionenstrom-Begrenzungseinrichtung (16) die Ausgabe des Innenstroms an den Stromverteiler (6) während der Messung der vorbestimmten Zeitspanne durch die Zeitgebereinrichtung (16a) unterbricht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Innenstrom-Begrenzungseinrichtung (16) eine digitale Verknüpfung von Ionenstromdaten herbeiführt bei Beginn der Aktivierung der Zündspule (2) für die Zündung in dem anderen Zylinder und nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne nach Beginn der Aktivierung der Zündspule (2) für den anderen Zylinder, und hieraus resultierende Daten ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die Innenstrom-Begrenzungseinrichtung (16) die Ausgabe des Innenstroms an den Stromverteiler (6) begrenzt während der vorbestimmten Zeitspanne nach Beginn der Aktivierung der Zündspule (2) für die Zündung in dem anderen Zylinder.
Vorrichtung zur Erfassung von Bedingungen bei der Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine mit mehreren Verbrennungszylindern, die jeweils eine Zündkerze (1) zum Erzeugen eines Zündfunkens zur Zündung des im jeweiligen Zylinder befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches aufweisen, umfassend: eine Zündspule (2) zum Erzeugen von Zündsignalen, die an die Zündkerzen (1) der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine angelegt werden; einen Ionenstromdetektor (4) zum Erfassen eines Innenstroms, der in einem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine unmittelbar nach der Zündung des in der Verbrennungskammer des Zylinders befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt wird; eine Klopf-Bestimmungseinrichtung (17) zum Bestimmen des Vorhandenseins einer Klopfvibrationskomponente im Innenstrom des Zylinders; und eine Klopfsignalerfassungs-Verhinderungseinrichtung (18) zum Verhindern der Ausgabe eines in einem anderen Zylinder erzeugten Innenstroms an die Klopf-Bestimmungseinrichtung (17) während einer vorbestimmten Zeitspanne nach Beginn der Aktivierung der Zündspule (2) des anderen Zylinders, falls in dem im jeweiligen Zylinder erzeugten Innenstrom eine Klopfvibrationskomponente enthalten ist, welche größer ist als ein vorbestimmter Klopfvibrationskomponenten-Schwellenwert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der Ionenstromdetektor (4) umfasst: einen Stromverteiler (6) zum Verteilen des Innenstroms aus den jeweiligen Zylindern; ein Bandpassfilter (7), welches aus dem Ausgangsignal des Stromverteilers (6) eine Klopfvibrationskomponente extrahiert; eine Verbrennungs-Bestimmungseinrichtung (8, 8a) zum Ausgeben eines Zündimpulses, wenn ein Ausgangssignal des Stromverteilers (6) größer ist als ein Zündimpuls-Schwellenwert; und eine Zündsignal-Bestimmungseinrichtung (12–15) zum Bestimmen auf der Grundlage des Zündsignals, ob die Aktivierung der Zündspule (2) zur Zündung in einem anderen Zylinder begonnen hat; wobei die Klopfsignalerfassungs-Verhinderungseinrichtung (18) am Stromverteiler (6) eingangsseitig angeordnet ist; und die Klopf-Bestimmungseinrichtung (17) einen Klopfimpuls ausgibt, falls die im Innenstrom des jeweiligen Zylinders größer ist als der Klopfvibrationskomponenten-Schwellenwert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Klopfsignalerfassungs-Verhinderungseinrichtung (18) eine Zeitgebereinrichtung (18a) umfasst zum Messen der vorbestimmten Zeitspanne nach dem Beginn der Aktivierung der Zündspule (2) für die Zündung in einem anderen Zylinder, wobei die Klopfsignalerfassungs-Verhinderungseinrichtung (18) die Ausgabe des Innenstroms an den Stromverteiler (6) während der Messung der vorbestimmten Zeitspanne durch die Zeitgebereinrichtung (18a) unterbricht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Klopfsignalerfassungs-Verhinderungseinrichtung (18) die Ausgabe der Klopfvibrationskomponente an die Klopf-Bestimmungseinrichtung (17) unterbricht während einer vorbestimmten Zeitspanne nach Beginn der Aktivierung der Zündspule (2) für die Zündung in dem anderen Zylinder, und die Zeitperiode bestimmt wird durch Messen der in dem Ionensrom enthaltenen Klopfvibrationskomponente.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Klopfbestimmungs-Vergleichseinrichtung (10, enthaltend: einen ersten Schwellenwert (A) zum Bestimmen eines ersten Schwellenwertes (Th1), der durch ein Signal der Klopfvibrationskomponente ladbar ist, und einen zweiten Schwellenwert (B) zum Bestimmen eines zweiten Schwellenwertes (Th2), der durch ein falsches Signal der Klopfvibrationskomponente ladbar ist.