DE19618980A1 - Verbrennungsüberwachungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Verbrennungsüberwachungsvorrichtung für einen Verbrennungs­ motor bzw. eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine Verbrennungsüberwachungsvorrichtung, die so ausgelegt ist, daß sie unter Verwendung eines Verbrennungsionenstroms, der sich aus der Bewegung von Ionen zwischen Kerzenelektroden einer Zündkerze ergibt, welche durch eine Verbrennung eines Verbrennungsmotors erzeugt werden, einen abnormalen Ver­ brennungszustand von einem normalen Verbrennungszustand un­ terscheidet.

Ein Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug verwendet zum Zünden eines Luft/Kraftstoffgemischs, das in eine Ver­ brennungskammer eingespritzt wird, im allgemeinen eine Zündkerze, um einen Bogen zwischen Kerzenelektroden zu bil­ den. Nach dem Zünden des Gemischs beginnt eine Verbrennung und breitet sich von der Zündkerze in der Verbrennungskam­ mer in alle Richtungen aus, um eine Motorleistung zu erzeu­ gen. Verbrennungszustände werden in Übereinstimmung mit Be­ wegungszuständen des Fahrzeugs konstant geändert. Ein her­ kömmliches Motorsteuersystem überwacht somit eine Erzeugung einer abnormalen Verbrennung, um zum Aufrechterhalten eines zweckmäßigen Verbrennungszustands zu allen Zeiten einen Zündzeitpunkt einer Zündkerze und ein Luft/Kraftstoffverhältnis zu steuern. Zum Beispiel führt eine abnormale Verbrennung, die Verbrennungsklopfen be­ zeichnet wird, zu einem Leistungsverlust und zu einer über­ mäßigen Erhöhung eines Verbrennungskammerdrucks, was eine körperliche Beschädigung des Motors verursacht. Um diese abnormale Verbrennung zu vermeiden, wird zum Verzögern ei­ nes Zündzeitpunkts im allgemeinen ein Klopfsensor verwen­ det, welcher in einer Verbrennungskammer eingebaut ist, um eine Erzeugung einer abnormalen Vibration, die durch ein Verbrennungsklopfen verursacht wird, zu erfassen. Jedoch kann der Klopfsensor Vibrationen erfassen, die durch andere Faktoren als das Verbrennungsklopfen erzeugt werden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, offenbart die Japanische Pa­ tenterstveröffentlichung Nr. 58-7536 eine Klopferfassungs­ vorrichtung, welche eine Gleichspannung an Kerzenelektroden einer Zündkerze anlegt, um einen Ionenstrom, der sich aus einer Bewegung von Ionen zwischen den Kerzenelektroden er­ gibt, zum Bestimmen der Stärke einer Verbrennung auf der Grundlage der Tatsache, daß eine große Anzahl von Ionen nach einer Erzeugung einer Detonation, die das Verbren­ nungsklopfen verursacht, erzeugt werden, zu erfassen.

Um einen Kraftstoffverbrauch zu verbessern oder einen Abgasausstoß zu steuern, wird im allgemeinen ein Luft/Kraftstoffverhältnis zu einer mageren Seite verschoben oder ein Abgas wird zurückgeführt, um Stiffstoffoxide, die in dem Abgas enthalten sind, zu entfernen. Dies kann jedoch eine instabile Verbrennung, wie zum Beispiel eine Fehlzün­ dung und ein Verbrennungsklopfen einbringen. Es ist somit wichtig, Verbrennungszustände zweckmäßig zu steuern, und die Verbrennungszustände müssen mit hoher Genauigkeit er­ faßt werden.

Bei der vorhergehenden Klopferfassungsvorrichtung im Stand der Technik ist es aufgrund eines Einflusses von La­ de- und Entladeströmen, die durch die Kerzenelektroden fließen, die als kapazitive Elemente wirken, schwierig, le­ diglich den Ionenstrom zu erfassen. Desweiteren verursacht eine Gleichstromhochspannung, die an die Kerzenelektroden angelegt wird, daß Verbrennungsionen von den Kerzenelektro­ den absorbiert werden, so daß der Ionenstrom instabil wird, wodurch die Genauigkeit beim Erfassen der abnormalen Ver­ brennungszustände verringert wird.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden und eine Verbrennungsüberwachungsvorrichtung zu schaffen, welche so ausgelegt ist, daß sie eine Erzeugung von Verbrennungsionen zum Analysieren von Verbrennungszuständen eines Verbren­ nungsmotors erfaßt und eine Information vorsieht, die zum Aufrechterhalten der Verbrennungszustände an einem er­ wünschten Pegel nützlich ist.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungsüberwachungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, welche aufweist: eine Span­ nungsquelleneinrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung über Kerzenelektroden einer Zündkerze, die in einer Ver­ brennungskammer des Motors eingebaut ist, während einer Verbrennung; eine Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch die Kerzenelektroden der Zündkerze fließt; eine Stromänderungsbestimmungseinrichtung zum Be­ stimmen einer Änderung des von der Stromerfassungseinrich­ tung erfaßten Stroms, die durch eine Änderung der Anzahl von Verbrennungsionen, die zwischen den Kerzenelektroden der Zündkerze erzeugt werden, bewirkt wird; und eine Ver­ brennungszustandsunterscheidungseinrichtung zum Unterschei­ den eines abnormalen Verbrennungszustands von einem norma­ len Verbrennungszustand auf der Grundlage der von der Stromänderungsbestimmungseinrichtung bestimmten Änderung des Stroms.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung beinhaltet die Verbrennungszustandsunterschei­ dungseinrichtung eine Maximalwertbestimmungseinrichtung; eine Vergleichseinrichtung; und eine Fehlzündungsbestim­ mungseinrichtung. Die Maximalwertbestimmungseinrichtung be­ stimmt einen Maximalwert der Änderung des von der Stromer­ fassungseinrichtung erfaßten Stroms während eines Verbren­ nungszyklus. Die Vergleichseinrichtung vergleicht den von der Maximalwertbestimmungseinrichtung bestimmten Maximal­ wert mit einem gegebenen Wert. Die Fehlzündungsbestimmungs­ einrichtung bestimmt, daß eine Fehlzündung aufgetreten ist, wenn der Maximalwert kleiner als der gegebene Wert ist.

Die Verbrennungszustandsunterscheidungseinrichtung kann eine Zeitmeßeinrichtung und eine Auslöschbestimmuntsein­ richtung beinhalten. Die Zeitmeßeinrichtung mißt eine Zeit von einer Erzeugung des von der Stromerfassungseinrichtung erfaßten Stroms bis die Änderung des Stroms auf einen gege­ benen Wert verringert ist. Die Auslöschbestimmungseinrich­ tung bestimmt, daß eine Flamme ausgelöscht worden ist, be­ vor die Verbrennung beendet ist, wenn die von der Zeitmeß­ einrichtung gemessene Zeit kürzer als eine gegebene Zeitpe­ riode bzw. -dauer ist.

Die Verbrennungszustandsunterscheidungseinrichtung kann eine Maximalwertbestimmungseinrichtung, eine Zeitmeßein­ richtung und eine Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung beinhalten. Die Maximalwertbestimmungseinrichtung bestimmt einen Maximalwert der Änderung des von der Stromerfassungs­ einrichtung erfaßten Stroms während eines Verbrennungszy­ klus. Die Zeitmeßeinrichtung mißt eine Zeit von einer Er­ zeugung des von der Stromerfassungseinrichtung erfaßten Stroms bis die Änderung des Stroms auf einen gegebenen Wert verringert ist. Die Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung bestimmt, daß ein Verbrennungsklopfen auftritt, wenn ein Quotient des Maximalwerts der Änderung dividiert durch die von der Zeitmeßeinrichtung gemessene Zeit größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Die Verbrennungszustandsunterscheidungseinrichtung kann eine Maximalwertbestimmungseinrichtung und eine Verbren­ nungsklopfbestimmungseinrichtung beinhalten. Die Maximal­ wertbestimmungseinrichtung bestimmt einen Maximalwert der Änderung des von der Stromerfassungseinrichtung erfaßten Stroms während eines Verbrennungszyklus. Die Verbrennungs­ klopfbestimmungseinrichtung bestimmt, daß ein Verbrennungs­ klopfen auftritt, wenn der Maximalwert der Änderung des Stroms größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Die Verbrennungszustandsunterscheidungseinrichtung kann eine Maximaldämpfungsgeschwindigkeitsbestimmungseinrichtung und eine Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung beinhal­ ten. Die Maximaldämpfungsgeschwindigkeitsbestimmungsein­ richtung bestimmt einen Maximalwert einer Dämpfungsge­ schwindigkeit der Änderung des von der Stromerfassungsein­ richtung erfaßten Stroms während eines Verbrennungszyklus. Die Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung bestimmt, daß ein Verbrennungsklopfen aufritt, wenn der Maximalwert der Dämpfungsgeschwindigkeit größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Die Verbrennungszustandsunterscheidungseinrichtung kann eine Klopfvibrationserfassungseinrichtung und eine Verbren­ nungsklopfbestimmungseinrichtung beinhalten. Die Klopfvi­ brationserfassungseinrichtung extrahiert eine Klopfvibrati­ onskomponente, die durch ein Verbrennungsklopfen verursacht wird, aus der von der Stromänderungsbestimmungseinrichtung bestimmten Änderung des Stroms, um eine Maximalamplitude der Klopfvibrationskomponente zu bestimmen. Die Verbren­ nungsklopfbestimmungseinrichtung bestimmt, daß ein Verbren­ nungsklopfen auftritt, wenn die Maximalamplitude größer als eine vorbestimmte Amplitude ist.

Die Verbrennungszustandsunterscheidungseinrichtung kann eine Klopfvibrationserfassungseinrichtung und eine Verbren­ nungsklopfbestimmungseinrichtung beinhalten. Die Klopfvi­ brationserfassungseinrichtung extrahiert eine Klopfvibrati­ onskomponente, die durch ein Verbrennungsklopfen verursacht wird, aus der von der Stromänderungsbestimmungseinrichtung bestimmten Änderung des Stroms, um die Anzahl von Zeitspit­ zen der Klopfvibrationskomponente, die eine gegebene Ampli­ tude überschreitet, zu zählen, während eines Verbrennungs­ zyklus. Die Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung be­ stimmt, daß ein Verbrennungsklopfen auftritt, wenn die An­ zahl von gezählten Zeitpunkten größer als eine gegebene An­ zahl ist.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Stromlaufplan einer Verbrennungsüberwa­ chungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines von einer Verbrennungs­ überwachungsvorrichtung durchgeführten Pro­ gramms zum Unterscheiden abnormaler Verbren­ nungszustände von einem normalen Verbrennungs­ zustand;

Fig. 3(A) eine Wellenform eines aus einem Oszillator aus­ gegebenen Pulssignals;

Fig. 3(B) eine Wellenform einer an Kerzenelektroden einer Zündkerze angelegten Wechselspannung;

Fig. 3(C) eine Wellenform einer kapazitiven Stromkompo­ nente eines durch die Kerzenelektroden der Zündkerze fließenden Stroms;

Fig. 3(D) Wellenformen von Verbrennungsionenströmen, wenn eine große Anzahl von Ionen erzeugt wird und wenn eine kleine Anzahl von Ionen erzeugt wird;

Fig. 3(E) Wellenformen von durch die Kerzenelektroden der Zündkerze fließenden Strömen, wenn eine große Anzahl von Ionen erzeugt wird und wenn eine kleine Anzahl von Ionen erzeugt wird;

Fig. 4(A) Änderungen eines Verbrennungskammerdrucks wäh­ rend eines Verbrennungszyklus;

Fig. 4(B) Änderungen des Verbrennungsionenstroms während eines Verbrennungszyklus;

Fig. 4(C) Änderungen eines Spitzenwerts von Verbren­ nungsionenströmen;

Fig. 5 einen Stromlaufplan einer Verbrennungsüberwa­ chungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 einen Stromlaufplan einer Verbrennungsüberwa­ chungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 einen Stromlaufplan einer Verbrennungsüberwa­ chungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8(A) eine Wellenform eines von einem in Fig. 7 ge­ zeigten Oszillator ausgegebenen Pulssignals;

Fig. 8(B) Wellenformen von Verbrennungsionenströmen, wenn eine große Anzahl von Ionen erzeugt wird und wenn eine kleine Anzahl von Ionen erzeugt wird;

Fig. 8(C) Wellenformen von durch Kerzenelektroden der Zündkerze fließenden Strömen, wenn eine große Anzahl von Ionen erzeugt wird und wenn eine kleine Anzahl von Ionen erzeugt wird;

Fig. 8(D) eine Wellenform eines Ausgangssignals eines in Fig. 7 gezeigten Komparators bzw. Vergleichers;

Fig. 8(E) eine Wellenform eines Ausgangssignals eines in Fig. 7 gezeigten Oszillators;

Fig. 8(F) eine Wellenform eines Ausgangssignals eines in Fig. 7 gezeigten Zählers;

Fig. 8(G) eine Wellenform eines Ausgangssignals einer in Fig. 7 gezeigten Inverterschaltung;

Fig. 8(H) eine Wellenform eines Ausgangssignals einer in Fig. 7 gezeigten Abtast/Halteschaltung;

Fig. 9(A) eine Änderung des Verbrennungskammerdrucks in Verbindung mit einem Kurbelwellenwinkel;

Fig. 9(B) ein als eine Phasendifferenz dargestelltes Aus­ gangssignal einer in Fig. 7 gezeigten Ab­ tast/Halteschaltung;

Fig. 9(C) ein Ausgangssignal eines in Fig. 7 gezeigten Bandpaßfilters; und

Fig. 10 einen Stromlaufplan einer Verbrennungsüberwa­ chungsvorrichtung gemäß einem fünften Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Im weiteren Verlauf werden bevorzugte Ausführungsbei­ spiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Es wird Bezug auf die Zeichnung und insbesondere auf Fig. 1 genommen, in der eine Verbrennungsüberwachungsvor­ richtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung gezeigt ist, welche so ausgelegt ist, daß sie abnormale Verbrennungszustände von einem normalen Ver­ brennungszustand eines Verbrennungsmotors bzw. einer Brenn­ kraftmaschine unterscheidet. Die abnormalen Verbrennungszu­ stände, wie sie von der Verbrennungsüberwachungsvorrichtung dieser Erfindung erfaßt werden, sind in drei Typen einge­ teilt bzw. getrennt: einer ergibt sich aus einem Ausfall beim Bilden eines Bogens bzw. Funkens über Kerzenelektroden einer Zündkerze (hier im weiteren Verlauf als vollständige Fehlzündung bezeichnet), der zweite ist eine unvollständige Verbrennung, bei der ein Bogen erzeugt wird, um ein Luft/Kraftstoffgemisch zu zünden, aber eine Flamme zum Bei­ spiel aufgrund einer übermäßigen Gemischfettheit ausge­ löscht wird, bevor die Verbrennung beendet ist (hier im weiteren Verlauf als Auslöschen bezeichnet), und der dritte ist Verbrennungsklopfen (ebenso als Motorklopfen bezeich­ net).

Die Verbrennungsüberwachungsvorrichtung beinhaltet im allgemeinen eine Wechselspannungsquellenschaltung 2, eine Stromwellenformerfassungsschaltung 4A und eine elektroni­ sche Steuerschaltung 8A.

Die Wechselspannungsquellenschaltung 2 beinhaltet einen Transformator 21, eine Speicherbatterie bzw. einen Akkumu­ lator 22, einen Schalttransistor 23, ein ODER-Gatter 24 mit zwei Eingängen und einen Oszillator 25.

Eine Zündkerze 1, die zwei Elektroden 11 und 12 auf­ weist, ist in eine Verbrennungskammer des Motors eingebaut. Die Elektrode 12 ist durch den Mantel der Zündkerze 1 an Masse gelegt. Die Elektrode 11 ist eine Mittenelektrode, die mit Porzellan, Mika bzw. Glimmer oder anderen Materia­ lien isoliert ist. Der Transformator 21 beinhaltet eine Primärwindung 21a und eine Sekundärwindung 21b. Die Sekun­ därwindung 21b ist an die Elektrode 11 der Zündkerze 1 an­ geschlossen. Die Primärwindung 21a ist an einem Ende an ei­ nen positiven Anschluß der Batterie 22 angeschlossen und zum selektiven Durchführen des Anlegens einer Spannung an die Primärwindung 21a an dem anderen Ende an einen Kollek­ tor des Schalttransistors 23 angeschlossen. Der Oszillator 25 ist durch das ODER-Gatter 24 an eine Basis des Schalt­ transistors 23 angeschlossen und erzeugt ein Rechtecksignal oder Oszillationssignal, das eine Frequenz von 30 kHz auf­ weist.

Ein Widerstand 3 befindet sich zum Erfassen eines Stromflusses durch die Elektroden 11 und 12 zwischen der Sekundärwindung 21 und der Elektrode 12 der Zündkerze 1. Der Widerstand 3 ist an einem Verbindungspunkt mit der Se­ kundärwindung 21b ebenso an eine Abtast/Halteschaltung 41 der Stromwellenformerfassungsschaltung 4A angeschlossen.

Die elektronische Steuerschaltung 8A beinhaltet eine elektronische Steuereinheit bzw. ECU 81, eine Spitzenhalte­ überwachungseinrichtung 82, eine Untergrenzenvergleichs­ schaltung 83 und einen Komparator 84. Die Untergrenzenver­ gleichsschaltung 83 beinhaltet einen Komparator 831, einen veränderbaren Widerstand 833 und eine Batterie 832.

Die Abtast/Halteschaltung 41 sieht ein Ausgangssignal an der Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 82 vor. Ein Wert, der von der Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 82 gehalten wird, wird zu Beginn jedes Verbrennungszyklus zu­ rückgesetzt. Die Spitzehalteüberwachungseinrichtung 82 sieht an einem positiven Eingangsanschluß des Komparators 831 ein Ausgangssignal vor. Der Komparator 831 ist an einem negativen Eingangsanschluß an den veränderbaren Widerstand 833 angeschlossen. Der veränderbare Widerstand 833 ist so eingestellt, daß ein Spannungsabfall der Batterie 832 einer Untergrenze eines Spitzenwerts eines gegebenen Verbren­ nungsionenstroms entspricht. Der Komparator 831 sieht an der ECU 81 ein Ausgangssignal vor.

Die Abtast/Halteschaltung 41 sieht ebenso das Ausgangs­ signal an einem positiven Anschluß des Komparators 84 vor. Ein negativer Anschluß des Komparators 84 ist an Masse ge­ legt. Ein Ausgangssignal des Komparators 84 wird zur Ver­ wendung bei einer Bestimmung einer Erzeugung des Auslö­ schens in die ECU 81 eingegeben. Ein Ausgangssignal der Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 82 wird zur Verwendung bei einer Bestimmung der Erzeugung des Verbrennungsklopfens in die ECU 81 eingegeben.

Die Zündkerze 1 und ein Teil der Wechselspannungsquel­ lenschaltung 2 dienen dazu, ein in die Verbrennungskammer des Motor eingebrachtes Luft/Kraftstoffgemisch zu zünden. Die elektronische Steuerschaltung 8A ist an das ODER-Gatter 24 angeschlossen und gibt ein Zündsignal an einem hohen Pe­ gel aus, um den Schalttransistor 23 durch das ODER-Gatter 24 einzuschalten, so daß eine Zündenergie von der Batterie 22 zugeführt wird und dann in dem Transformator 21 gespei­ chert wird. Wenn das Zündsignal von dem hohen Pegel zu ei­ nem niedrigen Pegel geändert wird, bewirkt dies, daß der Transformator 21 eine elektromagnetische Induktion so indu­ ziert, daß über den Elektroden 11 und 12 der Zündkerze 1 eine Hochspannung auftritt, um zum Zünden des Luft/Kraftstoffgemischs einen Bogen zu erzeugen.

Im Betrieb der Verbrennungsüberwachungsvorrichtung wird, wenn der Oszillator 25 das Oszillationssignal während der Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs durch das ODER- Gatter 24 zu der Basis des Schalttransistors 23 ausgibt, dies bewirken, daß die Batteriespannung zyklisch an die Primärwindung 21a des Transformators 21 angelegt wird, wo­ durch die elektromagnetische Induktion gebildet wird, um eine Wechselstromhochspannung an der Sekundärwindung 21b mit einer Frequenz zu entwickeln, die gleich zu der des Os­ zillationssignals ist, das aus dem Oszillator 25 ausgegeben wird, welche nachfolgend über den Elektroden 11 und 12 der Zündkerze 1 angelegt wird.

Fig. 3(A) zeigt eine Wellenform des Oszillationssi­ gnals, das aus dem Oszillator 25 ausgegeben wird. Fig. 3(B) zeigt eine Wellenform der Wechselspannung, die während ei­ ner Verbrennung über den Elektroden 11 und 12 der Zündkerze 1 angelegt wird. Die Wechselspannung ist verglichen mit dem in Fig. 3(A) gezeigten Oszillationssignal in der Wellenform abgestumpft und ist aufgrund einer Streukapazität des Schalttransistors 23, des Transformators 21, usw. ungefähr 90° außer Phase zu dem Oszillationssignal.

Die an die Elektroden 11 und 12 angelegte Wechselspan­ nung erzeugt einen Stromfluß durch diese. Fig. 3(C) zeigt eine kapazitive Komponente des Stroms, der durch die Elek­ troden 11 und 12 fließt, welche proportional zu einer zeit­ lichen Differentiation der in Fig. 3(B) gezeigten Wechsel­ spannung ist. Fig. 3(D) zeigt Verbrennungsionenströme, die sich aus einer Bewegung von Ionen zwischen den Elektroden 11 und 12 ergeben, welche durch eine Verbrennung erzeugt werden. Eine durchgezogene Linie stellt den Verbrennungsio­ nenstrom dar, wenn eine große Anzahl von Ionen erzeugt wird, während eine gestrichelte Linie den Verbrennungsio­ nenstrom darstellt, wenn eine kleine Anzahl von Ionen er­ zeugt wird. Wie es aus der Darstellung zu sehen ist, fließt mehr Verbrennungsionenstrom auf einer positiven Seite als auf einer negativen Seite. Dies besteht aufgrunddessen, da negative Verbrennungsionen viel kleiner als positive Ver­ brennungsionen sind. Der Verbrennungsionenstrom schwingt mit einer Amplitude, die proportional zu der Anzahl von Verbrennungsionen ist, in Phase mit der Wechselspannung, die über den Elektroden 11 und 12 der Zündkerze 1 angelegt wird, wie sie in Fig. 3(B) gezeigt ist. Die Summe des kapa­ zitiven Stroms und des Verbrennungsionenstroms bildet einen Strom aus, der tatsächlich durch die Elektroden 11 und 12 fließt, welcher in Fig. 3(E) gezeigt ist. Der kapazitive Strom stellt einen Nullpegel dar, wenn das Oszillationssi­ gnal in Fig. 3(A) von dem Pegel "hoch" bzw. "H" zu dem Pe­ gel "niedrig" bzw. "L" geändert wird, während der Verbren­ nungsionenstrom auf der positiven Seite einen Spitzenwert darstellt. Der Strom, der durch die Elektroden 11 und 12 fließt, wird als ein Spannungsabfall über dem Widerstand 3 erfaßt, welcher proportional zu einem Pegel des Stroms ist. Der erfaßte Spannungsabfall wird dann in die Ab­ tast/Halteschaltung 41 eingegeben. Die Ab­ tast/Halteschaltung 41 hält ein Signal, das eingegeben wird, wenn das Oszillationssignal aus dem Oszillator 25 von dem Pegel "H" zu dem Pegel "L" geändert wird.

Ein Signal, das von der Abtast/Halteschaltung 41 gehal­ ten wird, zeigt den Spitzenwert des Verbrennungsionenstroms an, welcher lediglich in Übereinstimmung mit einer Änderung der Anzahl von Ionen unberücksichtigt einer periodischen Änderung der Wechselspannung, wie sie in Fig. 3(B) gezeigt ist, erhöht oder verringert wird.

Ein Funktionsweise der elektronischen Steuerschaltung 8A zur Wellenformanalyse wird nachstehend beschrieben.

Fig. 4(A) zeigt Änderungen im Verbrennungskammerdruck des Motors während eines Verbrennungszyklus. Eine durchge­ zogene Linie stellt eine normale Verbrennung dar. Eine strichpunktierte Linie stellt eine abnormale Verbrennung dar, die das Verbrennungsklopfen verursacht. Eine gestri­ chelte Linie stellt eine abnormale Verbrennung dar, die durch das Auslöschen verursacht wird. In allen Fällen er­ höht sich der Verbrennungskammerdruck nach einer Zündung und verringert sich dann, nachdem ein Maximalpegel erreicht ist, jedoch steigt verglichen mit der normalen Verbrennung der Verbrennungskammerdruck während des Verbrennungsklop­ fens schnell an, bis ein Maximalpegel erreicht ist, und fällt dann schnell ab, da eine Detonation während des Ver­ brennungsklopfens entsteht. In dem Fall des Auslöschens ist die Verbrennung abgeschwächt und eine Flamme wird während eines Expansionsprozesses ausgelöscht, so daß der Verbren­ nungskammerdruck beginnt, sich früher als normal zu verrin­ gern.

Fig. 4(B) zeigt Änderungen des Verbrennungsionenstroms während des gleichen Verbrennungszyklus, wie er in Fig. 4(A) gezeigt ist, welche in einem Zyklus schwingen, der der Frequenz der Wechselspannung entspricht, wenn sie über die Elektroden 11 und 12 der Zündkerze 1 angelegt wird. Der Verbrennungsionenstrom wird, wie es zuvor beschrieben wor­ den ist, lediglich in Übereinstimmung mit einer Anzahl von Verbrennungssionen geändert. Ein Spitzenwert des Verbren­ nungsionenstroms während jedes Zyklus wird durch die Ab­ tast/Halteschaltung 41 erfaßt.

Fig. 4(C) zeigt Änderungen des Spitzenwerts der Ver­ brennungsionenströme, wie sie jeweils in Fig. 4(B) gezeigt sind. Wenn eine Fehlzündung aufgetreten ist, entsteht die Verbrennung nicht, so daß ein Spitzenwert des Verbren­ nungsionenstroms im wesentlichen Null anzeigt. Wenn der Spitzenwert des Verbrennungsionenstroms kleiner als eine gegebene Untergrenze Ir ist, bestimmt somit die elektro­ nische Steuerschaltung 81, daß die Fehlzündung aufgetreten ist. Wenn das Auslöschen entsteht, ist die Verbrennung frü­ her als normal beendet. Wenn eine Verbrennungszeit von ei­ ner Zündung zu einem Auslöschen kürzer als ein Minimum ei­ ner Verbrennungszeit unter einem normalen Verbrennungszu­ stand ist, bestimmt die elektronische Steuerschaltung 81 somit, daß das Auslöschen entstanden ist. Wenn ein Verbren­ nungsklopfen auftritt, ist ein Maximum von Spitzenwerten des Verbrennungsionenstroms während eines Verbrennungspro­ zesses größer als der während des normalen Verbrennungszu­ stands und eine Verbrennungszeit TR wird kürzer als unter dem normalen Verbrennungszustand. Wenn ein Quotient des Ma­ ximums der Spitzenwerte des Verbrennungsionenstroms während eines Verbrennungszyklus dividiert durch die Verbrennungs­ zeit TR, was eine mittlere Verbrennungsgeschwindigkeit dar­ stellt, größer als ein Maximum von dem unter dem normalen Verbrennungszustand ist, bestimmt die elektronische Steuer­ schaltung 81, daß das Verbrennungsklopfen aufgetreten ist.

Es wird zurück auf Fig. 2 verwiesen, in der ein Fluß­ diagramm eines Programms oder einer Sequenz von logischen Schritten gezeigt ist, die zu jedem Verbrennungszyklus von der elektronischen Steuerschaltung 81 durchgeführt werden.

Nach einem Erreichen des Programms schreitet die Routi­ ne zu einem Schritt 101, in dem es bestimmt wird, ob die elektronische Steuerschaltung 8A ein Startsignal zu dem Os­ zillator 25 ausgegeben hat oder nicht. Das Startsignal wird nach einer Beendigung einer Zündung der Zündkerze 1 oder nach einer gegebenen Zeitperiode von der Zündung vorgese­ hen. Wenn eine Antwort JA erzielt wird, schreitet die Rou­ tine zu einem Schritt 102, in dem ein Maximalwert Ip eines Verbrennungsionenstroms in einem Verbrennungszyklus von der Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 82 am Ende des Verbren­ nungszyklus bestimmt wird. Das heißt, der Verbrennungsio­ nenstrom, der von der Abtast/Halteschaltung 41 durch den Widerstand 3 erfaßt wird, wird, wie es zuvor beschrieben worden ist, nach einer Zündung zyklisch geändert, so daß ein Signalpegel, der aus der Abtast/Halteschaltung 41 zu der Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 82 ausgegeben wird, geändert wird. Die Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 82 legt den Maximalwert Ip des Verbrennungsionenstroms am Ende des Verbrennungszyklus fest.

Das Ausgangssignal aus der Spitzenhalteüberwachungsein­ richtung 82 wird an den positiven (+) Eingangsanschluß des Komparators 831 angelegt, während eine Referenzspannung, die der Untergrenze Ir des Verbrennungsionenstroms ent­ spricht, von dem veränderbaren Widerstand 833 in den nega­ tiven (-) Anschluß des Komparators 831 eingegeben wird. In einem Schritt 103 bestimmt der Komparator 831, ob der Maxi­ malwert Ip des Verbrennungsionenstroms kleiner als die Un­ tergrenze Ir ist oder nicht. Wenn der Maximalwert Ip klei­ ner als die Untergrenze Ir ist, sieht der Komparator 831 ein Signal an dem Pegel "L" vor und die Routine schreitet zu einem Schritt 109, in dem es bestimmt wird, daß eine vollständige Fehlzündung aufgetreten ist. Wenn alternativ dazu der Maximalwert Ip größer als die Untergrenze Ir ist, sieht der Komparator 831 ein Signal an dem Pegel "H" vor und die Routine schreitet zu einem Schritt 104, in dem eine Verbrennungszeit Tr auf die folgende Weise bestimmt wird. Das Ausgangssignal der Abtast/Halteschaltung 41, das einen Spitzenwert des Verbrennungsionenstroms darstellt, wird in den positiven Eingangsanschluß des Komparators 84 eingege­ ben. Der Komparator 84 vergleicht den Spitzenwert des Ver­ brennungsionenstroms mit einer Referenzspannung (d. h., dem Massepotential), die in seinen negativen Anschluß eingege­ ben wird. Das Ausgangssignal aus der Abtast/Halteschaltung 41, das den Spitzenwert des Verbrennungsionenstroms dar­ stellt, zeigt nach einer Zündung einen positiven Wert und erreicht Null, wenn eine Verbrennung beendet ist, um ein Ausgangssignal aus dem Komparator 84 von dem Pegel "H" zu dem Pegel "L" zu ändern. Die Zeit, zu welcher das Ausgangs­ signal aus dem Komparator 84 zu dem Pegel "L" geändert wird, entspricht der Zeit, wenn der Spitzenwert des Ver­ brennungsionenstroms auf einen gegebenen Wert verringert ist. Eine Zeitperiode von einem Ansteigen des Ausgangssi­ gnals aus der Abtast/Halteschaltung 41 zu dem Pegel "H" bis es zu dem Pegel "L" geändert ist, wird als die Verbren­ nungszeit TR bestimmt.

Nachdem die Verbrennungszeit TR im Schritt 104 bestimmt worden ist, schreitet die Routine zu einem Schritt 105, in dem es bestimmt wird, ob die Verbrennungszeit TR kleiner als ein gegebener Wert Tr ist oder nicht. Der gegebene Wert Tr ist in einem Speicher der elektronischen Steuerschaltung 81 gespeichert und stellt, wie es zum Beispiel in Fig. 4(C) gezeigt ist, die verstrichene Zeit dar, bis der Spitzenwert des Verbrennungsionenstroms unter Verbrennungsklopfzustän­ den die Untergrenze Ir erreicht. Wenn eine Antwort JA er­ zielt wird, die bedeutet, daß die Verbrennungszeit TR klei­ ner als der gegebene Wert Tr ist, schreitet die Routine zu einem Schritt 110, in dem es bestimmt wird, daß sich der Motor in dem abnormalen Verbrennungszustand befindet, der durch das Auslöschen verursacht wird. Wenn alternativ dazu im Schritt 105 eine Antwort NEIN erzielt wird, schreitet die Routine zu einem Schritt 106, in dem der Maximalwert Ip des Verbrennungsionenstroms durch die Verbrennungszeit TR dividiert wird, um eine Verbrennungsgeschwindigkeit VR (d. h., eine Verbrennungsdämpfungsgeschwindigkeit) zu be­ stimmen.

Die Routine schreitet dann zu einem Schritt 107, in dem es bestimmt wird, ob die Verbrennungsgeschwindigkeit VR größer als ein gegebener Wert Vr ist oder nicht. Wenn eine Antwort JA erzielt wird, schreitet die Routine zu einem Schritt 111, in dem es bestimmt wird, daß sich der Motor in dem abnormalen Verbrennungszustand befindet, der ein Ver­ brennungsklopfen verursacht. Wenn alternativ dazu im Schritt 107 eine Antwort NEIN erzielt wird, schreitet die Routine zu einem Schritt 108, in dem es bestimmt wird, daß sich der Motor in dem normalen Verbrennungszustand befin­ det.

Wie es aus der vorhergehenden Beschreibung offensicht­ lich ist, ist die Verbrennungsüberwachungsvorrichtung die­ ses Ausführungsbeispiels so ausgelegt, daß sie die abnorma­ len Verbrennungszustände auf der Grundlage einer Änderung des Verbrennungsionenstroms als eine Funktion einer Ände­ rung der Anzahl von Verbrennungsionen unterscheidet.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 zeigt eine elektronische Steuerschaltung 8B ei­ ner Verbrennungsüberwachungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die anderen Anordnungen sind die gleichen wie in dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel und eine detaillierte Erklärung davon wird hier weggelassen.

Die elektronische Steuerschaltung 8B ist lediglich darin zu der elektronischen Steuerschaltung 8A des ersten Ausführungsbeispiels unterschiedlich, daß eine Obergrenzen­ vergleichsschaltung 85 vorgesehen ist, in welche ein Aus­ gangssignal aus der Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 82 eingegeben wird.

Die Obergrenzenvergleichsschaltung 85 beinhaltet einen Komparator 851, einen veränderbaren Widerstand 853 und eine Batterie 852. Ein Ausgangssignal der Spitzenhalteüberwa­ chungseinrichtung 82 wird in einen positiven Eingangsan­ schluß des Komparators 851 eingegeben. Ein Ausgangssignal des Komparators 851 wird zur Verwendung bei einer Bestim­ mung eines Verbrennungsklopfzustands in die elektronische Steuereinheit 81 eingegeben. Ein negativer Eingangsanschluß des Komparators 851 ist an den veränderbaren Widerstand 853 angeschlossen. Der veränderbare Widerstand 853 ist so ein­ gestellt, daß er einen Batteriespannungsabfall erzeugt, der einer Obergrenze einer Änderung des Spitzenwerts des Ver­ brennungsionenstromwerts während einer normalen Verbrennung entspricht. Wenn ein Spitzenwert des Verbrennungsionen­ stroms in irgendeinem Verbrennungszustand unter der Ober­ grenze ist, wird es bestimmt, daß sich der Motor in norma­ len Verbrennungszuständen befindet. Wenn alternativ dazu der Spitzenwert des Verbrennungsionenstroms die Obergrenze überschreitet, wird es bestimmt, daß sich der Motor in ei­ nem abnormalen Verbrennungszustand befindet, der ein Ver­ brennungsklopfen verursacht.

Eine Funktionsweise der Verbrennungsüberwachungsvor­ richtung des zweiten Ausführungsbeispiels wird nachstehend unter Verwendung des Flußdiagramms, das in Fig. 2 gezeigt ist, beschrieben. Die Funktionsweise des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels ist lediglich durch Schritte 106 und 107 zu der des ersten Ausführungsbeispiels unterschiedlich. Andere Schritte sind identisch und eine detaillierte Erklärung da­ von wird hier weggelassen.

Die Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 82, wie sie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, legt den Maximalwert Ip des Verbrennungsionenstroms am Ende ei­ nes Verbrennungszyklus fest (Schritt 106). Der Maximalwert Ip wird in den positiven Eingangsanschluß des Komparators 851 eingegeben. In den negativen Eingangsanschluß des Kom­ parators 851 wird eine Obergrenze Ipth, welche, wie es zu­ vor beschrieben worden ist, ein Kriterium zum Bestimmen da­ zu ist, ob sich der Motor in dem normalen Verbrennungszu­ stand oder dem Verbrennungsklopfzustand befindet, von dem veränderbaren Widerstand 853 eingegeben. Der Komparator 851 vergleicht den Maximalwert Ip mit der Obergrenze Ipth (Schritt 107). Wenn der Maximalwert Ip größer als die Ober­ grenze Ipth ist, wird es bestimmt, daß sich der Motor in dem Verbrennungsklopfzustand befindet (Schritt 111). Wenn alternativ dazu der Maximalwert Ip kleiner als die Ober­ grenze Ipth ist, wird es bestimmt, daß sich der Motor in dem normalen Verbrennungszustand befindet (Schritt 108).

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt eine elektronische Steuerschaltung 8C ei­ ner Verbrennungsüberwachungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches da­ durch unterschiedlich zu dem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 5 ist, das eine Maximaldämpfungsgeschwindigkeits­ bestimmungsschaltung 86 und eine Dämpfungsgeschwindigkeits­ vergleichsschaltung 87 vorgesehen sind. Andere Anordnungen sind identisch und eine detaillierte Erklärung davon wird hier weggelassen.

Die Maximaldämpfungsgeschwindigkeitsbestimmungsschal­ tung 86 beinhaltet eine Differentiationsschaltung 861 und eine Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 862. Die Dämp­ fungsgeschwindigkeitsvergleichsschaltung 87 beinhaltet ei­ nen Komparator 871, einen veränderbaren Widerstand 873 und eine Batterie 872.

Das Ausgangssignal aus der Abtast/Halteschaltung 41 wird durch die Differentationsschaltung 861 in die Spitzen­ halteüberwachungseinrichtung 862 eingegeben. Ein Wert, der von der Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 862 gehalten wird, wird zu Beginn jedes Verbrennungszyklus zurückge­ setzt. Die Spitzenhalteüberwachungseinrichtung 862 legt ein Ausgangssignal an den positiven Eingangsanschluß des Kompa­ rators 871 an. Ein negativer Eingangsanschluß des Kompara­ tors 871 ist an den veränderbaren Widerstand 873 ange­ schlossen. Der veränderbare Widerstand 873 ist so einge­ stellt, daß er einen Batteriespannungsabfall erzeugt, der einer gegebenen Maximaldämpfungsgeschwindigkeit Vmaxr ent­ spricht. Im allgemeinen ist der Verbrennungsprozeß während eines Klopfens schneller beendet als normal, so daß eine Dämpfungsgeschwindigkeit eines Spitzenwerts des Verbren­ nungsionenstroms hoch ist. Wenn eine Dämpfungsgeschwindig­ keit eines Spitzenwerts des Verbrennungsionenstroms unter irgendeinem Verbrennungszustand unter der Maximaldämpfungs­ geschwindigkeit Vmaxr liegt, wird es somit bestimmt, daß sich der Motor in normalen Verbrennungszuständen befindet. Wenn alternativ dazu die Dämpfungsgeschwindigkeit größer als die Maximaldämpfungsgeschwindigkeit Vmaxr ist, wird es bestimmt, daß sich der Motor in einem abnormalen Verbren­ nungszustand befindet, der ein Verbrennungsklopfen verur­ sacht.

Die Funktionsweisen der Maximaldämpfungsgeschwindig­ keitsbestimmungsschaltung 86 und der Dämpfungsgeschwindig­ keitsvergleichsschaltung 87 werden nachstehend beschrieben. Die anderen Funktionsweisen sind zu denen des zweiten Aus­ führungsbeispiels identisch und eine detaillierte Erklärung davon wird hier weggelassen.

Die Differentationsschaltung 861 differentiert ein Aus­ gangssignal aus der Abtast/Halteschaltung 41 bezüglich der Zeit und sieht ein Ausgangssignal vor, das proportional zu einer Dämpfungsgeschwindigkeit eines Spitzenwerts des Ver­ brennungsionenstroms ist. Die Spitzenhalteüberwachungsein­ richtung 862 hält oder aktualisiert das Ausgangssignal aus der Differentiationsschaltung 861 in Übereinstimmung mit einer Änderung der Dämpfungsgeschwindigkeit des Spitzen­ werts und bestimmt einen Maximalwert VmaxR der Dämpfungsge­ schwindigkeit am Ende jedes Verbrennungszyklus. Der Kompa­ rator 871 vergleicht den Maximalwert VmaxR mit der maxima­ len Dämpfungsgeschwindigkeit Vmaxr, die durch den veränder­ baren Widerstand 873 vorgesehen ist. Wenn der Maximalwert VmaxR größer als die maximale Dämpfungsgeschwindigkeit Vmaxr ist, wird es bestimmt, daß sich der Motor in dem Klopfzustand befindet. Wenn alternativ dazu der Maximalwert VmaxR kleiner als die Maximaldämpfungsgeschwindigkeit Vmaxr ist, wird es bestimmt, daß sich der Motor in dem normalen Verbrennungszustand befindet.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 zeigt eine Verbrennungsüberwachungsvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung, welches eine Stromwellenformerfassungsschaltung 4B und eine elektronische Steuerschaltung 9A anstelle der Stromwellenformerfassungsschaltung 4A und der elektroni­ schen Steuerschaltung 8A des ersten Ausführungsbeispiels beinhaltet. Der gleiche Oszillator 25 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, welcher mit dem ODER-Gatter 24 verbun­ den ist, ist jedoch unabhängig von der Stromwellenformer­ fassungsschaltung 4A vorgesehen. Andere Anordnungen sind identisch und eine detaillierte Erklärung davon wird hier weggelassen.

Die Stromwellenformerfassungsschaltung 4B beinhaltet eine Signalwandlerschaltung 5, eine Zeitmeßschaltung 6 und eine Abtast/Halteschaltung 7.

Die Zeitmeßschaltung 6 beinhaltet einen Oszillator 61, einen Zähler 62, einen Analogschalter 63, eine Integrati­ onsschaltung 64 und eine Inverterschaltung 66.

Ein Spannungsabfall, der über dem Widerstand 3 entwic­ kelt wird, wird durch die Signalwandlerschaltung 5 in die Integrationsschaltung 64 eingegeben. Der Oszillator 61 sieht durch den Zähler 62 ein Oszillationssignal an dem Analogschalter 63 vor. Der Analogschalter 63 ist an beiden Seiten eines Kondensators 65 der Integrationsschaltung 64 angeschlossen und sieht ein Rücksetzsignal vor, um in einem Integrationsbetrieb, der von der Integrationsschaltung 64 durchgeführt wird, ein Integrationsintervall zu definieren. Die Integrationsschaltung 64 sieht durch die Inverterschal­ tung 66 ein Integrationssignal an der Abtast/Halteschaltung 7 vor. Die Abtast/Halteschaltung 7 hält das Integrationssi­ gnal und aktualisiert es, wenn ein Signal aus dem Kompara­ tor 51 von dem Pegel "H" zu dem Pegel "L" geändert wird. Ein Ausgangssignal der Abtast/Halteschaltung 7 wird in ein Bandpaßfilter 92 der elektronischen Steuerschaltung 9A zum Bestimmen einer Klopfvibration eingegeben. Das Bandpaßfil­ ter 92 sieht zum Bestimmen einer Maximalamplitude der Klopfvibration ein Ausgangssignal an der Spitzenhalteüber­ wachungseinrichtung 93 vor. Die Spitzenhalteüberwachungs­ einrichtung 93 wird zu Beginn jedes Verbrennungszyklus zu­ rückgesetzt. Ein Ausgangssignal der Spitzenhalteüberwa­ chungseinrichtung 93 wird in eine elektronische Steuerein­ heit 91A eingegeben.

Eine Funktionsweise der Verbrennungsüberwachungsvor­ richtung des vierten Ausführungsbeispiels wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 beschrieben. Die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gleiche Funktions­ weise wird hier weggelassen.

Wenn der Oszillator 25 ein Pulssignal vorsieht, wie es in Fig. 8(A) gezeigt ist, wird dies bewirken, daß ein Ver­ brennungsionenstrom, wie er in Fig. 8(B) gezeigt ist, er­ zeugt wird. In den Fig. 8(B) bis 8(H) stellen durchgezo­ gene Linien Parameter dar, wenn während einer Verbrennung eine große Anzahl von Ionen erzeugt wird, während gestri­ chelte Linien Parameter darstellen, wenn eine kleine Anzahl von Ionen erzeugt wird.

Ein Strom, wie er in Fig. 8(C) gezeigt ist, fließt durch die Elektroden 11 und 12 der Zündkerze 1. Ein Span­ nungsabfall wird über dem Widerstand 3 erzeugt, welcher dem Strom in Fig. 8(C) entspricht, und dann in einen positiven Eingangsanschluß des Komparators 51 eingegeben. Der Kompa­ rator 51 ist an einem negativen Eingangsanschluß an Masse gelegt und sieht ein Signal eines hohen Pegels vor, wenn der eingegebene Spannungsabfall einen positiven Wert dar­ stellt. Fig. 8(D) zeigt ein Ausgangssignal des Komparators 51. Wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist eine negative Komponente des Verbren­ nungsionenstroms im allgemeinen klein, so daß ansteigende Abschnitte der Stromwellenform, wie sie in Fig. 8(C) ge­ zeigt ist, auch dann kaum geändert werden, wenn die Anzahl von erzeugten Ionen geändert wird, was bedeutet, daß die Phase des Pulssignals, wie es in Fig. 8(C) gezeigt ist, das aus dem Komparator 51 ausgegeben wird, lediglich auf eine Umkehr von dem Pegel "H" zu dem Pegel "L" in Übereinstim­ mung mit einer Änderung der Anzahl von erzeugten Ionen ver­ schoben wird.

Das Ausgangssignal des Komparators 51 wird in die Inte­ grationschaltung 64 eingegeben. Die Integrationsschaltung 64 integriert ein Signal des Pegels "H" aus dem Komparator 51. Wenn der Analogschalter 63 den Kondensator 65 der Inte­ grationsschaltung 64 zurücksetzt, sieht die Integrations­ schaltung 64 ein Ausgangssignal von Null vor. Fig. 8(E) zeigt ein Ausgangssignal des Oszillators 61 in der Form ei­ nes Pulssignals, das eine Frequenz von 300 kHz aufweist. Fig. 8(F) zeigt ein Ausgangssignal des Zählers 62. Der Zäh­ ler 62 sieht alle drei Pulssignale eines Ausgangssignals von einem Abfallen des Ausgangssignals des Komparators 51 zu dem Pegel "L" ein Pulssignal an dem Pegel "H" vor, um den Analogschalter 63 zu betätigen. Somit sieht die Inte­ grationsschaltung 64 ein gewelltes Signal eines negativen Werts vor, daß proportional zu der zeitlichen Länge des Ausgangssignals des Komparators 51 ist, das den Pegel "H" darstellt. Das gewellte Signal, das aus der Integrations­ schaltung 64 ausgegeben wird, wird durch die Inverterschal­ tung 66 im Pegel umgekehrt, was in Fig. 8(G) gezeigt ist. Die Abtast/Halteschaltung 7 hält das Ausgangssignal der In­ verterschaltung 66, wenn das Ausgangssignal des Komparators 51 von dem Pegel "H" zu dem Pegel "L" geändert wird, und sieht ein Ausgangssignal vor, wie es in Fig. 8(H) gezeigt ist. Wie es aus der Darstellung offensichtlich ist, wird, wenn der Verbrennungsionenstrom, der in Fig. 8(B) gezeigt ist, erhöht wird und der Zeitpunkt, zu dem der Strom, der durch die Elektroden 11 und 12 der Zündkerze 1 fließt, von dem positiven zu dem negativen Wert geändert wird, verzö­ gert wird, das Ausgangssignal der Abtast/Halteschaltung 7 proportional zu der Verzögerungszeit (d. h., einer Phasen­ differenz) von der Zeit verzögert, wenn der Verbrennungsio­ nenstrom einen Nullpegel zeigt.

Fig. 9(A) zeigt eine Beziehung zwischen einem Verbren­ nungskammerdruck und einem Kurbelwellenwinkel und daß sich der Verbrennungskammerdruck erhöht, bis der Kurbelwellen­ winkel einen gegebenen Wert erreicht, und sich dann verrin­ gert. Fig. 9(B) zeigt das Ausgangssignal aus der Ab­ tast/Halteschaltung 7, das als die Phasendifferenz darge­ stellt ist, in Verbindung mit dem Kurbelwellenwinkel und daß sich die Phasendifferenz erhöht, bis der Kurbelwellen­ winkel einen gegebenen Wert erreicht, und sich dann verrin­ gert. Wie es aus der Darstellung zu sehen ist, wird die Phasendifferenz proportional zu dem Verbrennungskammerdruck geändert. Das heißt, wenn in einem Bereich, in dem der Kur­ belwellenwinkel hohe Pegel des Verbrennungskammerdrucks er­ zeugt, eine abnormale Vibration, die ein Verbrennungsklop­ fen verursacht, auftritt, wie es in Fig. 9(A) gezeigt ist, wird dies bewirken, daß die Phasendifferenz schwingt, wie es in Fig. 9(B) gezeigt ist. Diese Schwingung wird von dem Bandpaßfilter 92 auf der Grundlage des Ausgangssignals aus der Abtast/Halteschaltung 7 erfaßt. In der Praxis läßt das Bandpaßfilter 92 Frequenzkomponenten von 6 bis 8 kHz durch, bei welchen die Verbrennungsklopfvibration konzentriert ist, und gibt sie zu der Spitzenhalteüberwachungseinrich­ tung 93 aus, wie es in Fig. 9(C) gezeigt ist. Die Spitzen­ halteüberwachungseinrichtung 93 legt eine Maximalamplitude (d. h., P2 in Fig. 9(C)) der Verbrennungsklopfvibration am Ende jedes Verbrennungszyklus fest und sieht sie als eine Darstellung einer Maximalstärke der Verbrennungsklopfvibra­ tion an der elektronischen Steuereinheit 91A vor. Die elek­ tronische Steuereinheit 91A vergleicht die Maximalamplitude mit einem gegebenen Referenzwert, um zu bestimmen, ob das Verbrennungsklopfen auftritt oder nicht.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10 zeigt eine Verbrennungsüberwachungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung, welches eine Abänderung des vierten Ausführungs­ beispiels ist. Lediglich unterschiedliche Anordnungen und Funktionsweisen werden nachstehend beschrieben.

Eine elektronische Steuerschaltung 9B beinhaltet ein Bandpaßfilter 92, eine Verbrennungsklopfvibrationszähl­ schaltung 94 und eine elektronische Steuereinheit 91B.

Die Verbrennungsklopfvibrationszählschaltung 94 bein­ haltet eine Batterie 96, einen veränderbaren Widerstand 97, einen Komparator 95 und einen Zähler 98.

Ein Ausgangssignal aus der Abtast/Halteschaltung 7, das die Phasendifferenz darstellt, wie sie in Fig. 9(B) gezeigt ist, wird in das Bandpaßfilter 92 eingegeben. Das Bandpaß­ filter 92 überträgt die Verbrennungsklopfvibration 9f, wie sie in Fig. 9(C) gezeigt ist, zu einem positiven Anschluß des Komparators 95. Ein negativer Anschluß des Komparators 95 ist an den veränderbaren Widerstand 97 angeschlossen. Der veränderbare Widerstand 97 ist an die Batterie 96 ange­ schlossen und so eingestellt, daß er einen Spannungsabfall vorsieht, der einer Referenzamplitude θn der Verbrennungs­ klopfvibration entspricht.

Im Betrieb vergleicht der Komparator 95 das Ausgangs­ signal des Bandpaßfilters 92, das die Verbrennungsklopfvi­ bration θf darstellt, mit der Referenzamplitude θn und sieht ein Signal eines hohen Pegels vor, wenn die Verbren­ nungsklopfvibration θf größer als die Referenzamplitude θn ist, während er ein Signal eines niedrigen Pegels vorsieht, wenn die Verbrennungsklopfvibration θf kleiner als die Re­ ferenzamplitude θn ist. Der Zähler 98 zählt die Anzahl von Signalen eines hohen Pegels, die aus dem Komparator 95 aus­ gegeben werden und sieht ein dies anzeigendes Signal vor. In einem Beispiel, das in Fig. 9(C) gezeigt, überschreitet die Verbrennungsklopfvibration θf die Referenzamplitude θn an Spitzen P1, P2 und P3. Somit gibt der Zähler 98 das drei (3) anzeigende Zählsignal zu der elektronischen Steuerein­ heit 91B aus. Die elektronische Steuereinheit 91B bestimmt, daß das Verbrennungsklopfen auftritt, wenn das Zählsignal aus dem Zähler 98 einen Zählwert anzeigt, der größer oder gleich als eins (1) ist und bestimmt ebenso einen Wert des Zählwerts, der mit der Referenzamplitude θn multipliziert ist, als die Stärke der Verbrennungsklopfvibration.

In der vorhergehenden Beschreibung ist eine Verbren­ nungsüberwachungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor offenbart worden, welche so ausgelegt ist, daß sie abnor­ male Verbrennungszustände unter Verwendung eines Verbren­ nungsionenstroms, der in einem Strom beinhaltet ist, der durch Kerzenelektroden einer Zündkerze fließt, der sich aus einer Bewegung von Ionen zwischen den Kerzenelektroden er­ gibt, welche durch eine Verbrennung erzeugt werden, unter­ scheidet. Wenn zum Beispiel ein Maximalwert des Verbren­ nungsionenstroms während eines Verbrennungszyklus kleiner als ein gegebener Wert ist, wird es bestimmt, daß eine Fehlzündung aufgetreten ist. Wenn eine Dämpfungszeit von einer Erzeugung des Stroms, der durch die Kerzenelektroden fließt bis eine Änderung des Stroms auf einen gegebenen Wert verringert ist kürzer als eine gegebene Zeitperiode ist, wird es bestimmt, daß eine Flamme ausgelöscht worden ist, bevor die Verbrennung beendet ist.

Claims (8)

1. Verbrennungsüberwachungsvorrichtung für einen Verbren­ nungsmotor, die aufweist:
eine Spannungsquelleneinrichtung zum Anlegen einer Gleichspannung über Kerzenelektroden einer Zündkerze, die in einer Verbrennungskammer des Motors eingebaut ist, während einer Verbrennung;
eine Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch die Kerzenelektroden der Zündkerze fließt;
eine Stromänderungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Änderung des von der Stromerfassungseinrichtung erfaßten Stroms, die durch eine Änderung der Anzahl von Verbrennungsionen, die zwischen den Kerzenelektroden der Zündkerze erzeugt werden, bewirkt wird; und
eine Verbrennungszustandsunterscheidungseinrichtung zum Unterscheiden eines abnormalen Verbrennungszustands von einem normalen Verbrennungszustand auf der Grundlage der von der Stromänderungsbestimmungseinrichtung be­ stimmten Änderung des Stroms.

2. Verbrennungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungszustands­ entscheidungseinrichtung beinhaltet:
eine Maximalwertbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Maximalwerts der Änderung des von der Stromerfas­ sungseinrichtung erfaßten Stroms während eines Verbren­ nungszyklus;
eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des von der Maximalwertbestimmungseinrichtung bestimmten Maximal­ werts mit einem gegebenen Wert; und
eine Fehlzündungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, daß eine Fehlzündung aufgetreten ist, wenn der Maximal­ wert kleiner als der gegebene Wert ist.

3. Verbrennungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungszustandsun­ terscheidungseinrichtung beinhaltet:
eine Zeitmeßeinrichtung zum Messen einer Zeit von einer Erzeugung des von der Stromerfassungseinrichtung erfaß­ ten Stroms bis die Änderung des Stroms auf einen gege­ benen Wert verringert ist; und
eine Auslöschbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, daß eine Flamme ausgelöscht worden ist, bevor die Verbren­ nung beendet ist, wenn die von der Zeitmeßeinrichtung gemessene Zeit kürzer als eine gegebene Zeitperiode ist.

4. Verbrennungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungszustandsun­ terscheidungseinrichtung beinhaltet:
eine Maximalwertbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Maximalwerts der Änderung des von der Stromerfas­ sungseinrichtung erfaßten Stroms während eines Verbren­ nungszyklus;
eine Zeitmeßeinrichtung zum Messen einer Zeit von einer Erzeugung des von der Stromerfassungseinrichtung erfaß­ ten Stroms bis die Änderung des Stroms auf einen gege­ benen Wert verringert ist; und
eine Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung zum Be­ stimmen, daß ein Verbrennungsklopfen auftritt, wenn ein Quotient des Maximalwerts der Änderung dividiert durch die von der Zeitmeßeinrichtung gemessene Zeit größer als ein vorbestimmter Wert ist.

5. Verbrennungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungszustandsun­ terscheidungseinrichtung beinhaltet:
eine Maximalwertbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Maximalwerts der Änderung des von der Stromerfas­ sungsvorrichtung erfaßten Stroms während eines Verbren­ nungszyklus; und
eine Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung zum Be­ stimmen, daß ein Verbrennungsklopfen auftritt, wenn der Maximalwert der Änderung des Stroms größer als ein vor­ bestimmter Wert ist.

6. Verbrennungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungszustandsun­ terscheidungseinrichtung beinhaltet:
eine Maximaldämpfungsgeschwindigkeitsbestimmungsein­ richtung zum Bestimmen eines Maximalwerts einer Dämp­ fungsgeschwindigkeit der Änderung des von der Stromer­ fassungseinrichtung erfaßten Stroms während eines Ver­ brennungszyklus; und
eine Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung zum Be­ stimmen, daß das Verbrennungsklopfen auftritt, wenn der Maximalwert der Dämpfungsgeschwindigkeit größer als ein vorbestimmter Wert ist.

7. Verbrennungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungszustandsun­ terscheidungseinrichtung beinhaltet:
eine Klopfvibrationserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Klopfvibrationskomponente, die durch ein Verbren­ nungsklopfen verursacht wird, aus der von der Stromän­ derungsbestimmungseinrichtung bestimmten Änderung des Stroms, um eine Maximalamplitude der Klopfvibrations­ komponente zu bestimmen; und
eine Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung zum Be­ stimmen, daß das Verbrennungsklopfen auftritt, wenn die Maximalamplitude größer als eine vorbestimmte Amplitude ist.

8. Verbrennungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungszustandsun­ terscheidungseinrichtung beinhaltet:
eine Klopfvibrationserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Klopfvibrationskomponente, die durch ein Verbren­ nungsklopfen verursacht wird, aus der von der Stromän­ derungsbestimmungseinrichtung bestimmten Änderung des Stroms, um die Anzahl von Zeitspitzen der Klopfvibra­ tionskomponente, die eine gegebene Amplitude über­ schreitet, zu zählen, während eines Verbrennungszyklus; und
eine Verbrennungsklopfbestimmungseinrichtung zum Be­ stimmen, daß das Verbrennungsklopfen auftritt, wenn die Anzahl von gezählten Zeitpunkten größer als eine gege­ bene Anzahl ist.