DE19648951A1 - Fehlzündungserfasserungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zur Erfassung des Auftretens eines Fehlzündungsereignisses in einem Verbrennungsmotor, auf der Grundlage eines erfaßten Werts eines Ionenstroms, der unmittelbar nach dem Zündsteuerprozeß erzeugt wird. Genauer gesagt, beschäftigt sich die Erfindung mit einer Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Vorrichtung mit der Fähigkeit ausgestattet ist, einen intrinsischen Ionenstrom mit hoher Genauigkeit zu erfassen, während eine Fehlentscheidung bezüglich des Fehlzündungsereignisses, welche einem falschen oder Rauschionenstrom zuzuschreiben ist, der beim Nachbrennen zu einem Zeitpunkt in der Nähe des Auspufftakts des Motors erzeugt wird, ausgeschlossen wird.

Im allgemeinen wird in einem Verbrennungsmotor ein Luft- Treibstoffgemisch in eine Verbrennungskammer geladen, welche innerhalb jedes Motorzylinders definiert ist, um in der Folge in einem Verdichtungstakt von einem innerhalb des Zylinders hin- und herbeweglichen Kolben verdichtet zu werden, worauf eine Hochspannung an eine in dem Zylinder montierte Zündkerze angelegt wird, um dadurch einen Funken zwischen den Elektroden der Zündkerze zu erzeugen. Somit wird das verdichtete Luft-Treibstoffgemisch ge- bzw. entzündet. Die aus der Verbrennung resultierende Explosionsenergie wird dann in eine Bewegung des Kolbens in die dem Verdichtungstakt entgegengesetzte Richtung umgesetzt, wobei die Bewegung in ein Drehmoment übersetzt wird, das von dem Verbrennungsmotor über eine Kurbelwelle ausgegeben wird.

Wenn die Verbrennung des verdichteten Treibstoff- Luftgemisches innerhalb des Motorzylinders stattfindet, werden Moleküle, die sich innerhalb der Verbrennungskammer aufhalten, ionisiert. Somit wird durch Anlegen einer Spannung an eine in der Verbrennungskammer befindliche Ionenstrom- Erfassungselektrode, eine Menge Ionen, welche elektrische Ladungen tragen, dazu gebracht, sich infolge der Spannung zu bewegen, was zu einem Ionenstromfluß führt. In diesem Fall variiert der Ionenstrom sehr empfindlich in Abhängigkeit von dem Verbrennungszustand innerhalb der Verbrennungskammer. Dies bedeutet seinerseits, daß der Verbrennungszustand innerhalb des Motorzylinders und das Fehlzündungsereignis unterschieden werden können, indem das Verhalten des Ionenstroms erfaßt wird.

Es ist eine Vorrichtung zur Erfassung des Auftretens eines Fehlzündungsereignisses (d. h. eine unzureichende Verbrennung des Luft-Treibstoffgemisches) in einem Verbrennungsmotor bekannt, auf der Grundlage des erfaßten Werts des Ionenstroms, wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 104978/1990 (JP-A-2-104978) offenbart. Ebenso ist es im Stand der Technik bekannt, den Ionenstrom zu erfassen, indem die Zündkerze selbst als Elektroden zur Erfassung des Ionenstroms verwendet wird.

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun ausführlich ihr technischer Hintergrund beschrieben. Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, welches allgemein eine Konfiguration einer bekannten Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zeigt, in welcher angenommen wird, daß eine Hochspannung verteilt auf die Zündkerzen der individuellen Motorzylinder jeweils mittels eines Verteilers angelegt wird. Ferner sind die Fig. 5 und 6 Zeitdiagramme, in welchen Signalformen der in der in Fig. 4 gezeigten Anordnung auftreten, wobei Fig. 5 einen normalen Betrieb einer bekannten Fehlzündungserfassungsvorrichtung zeigt, während Fig. 6 einen Betrieb zeigt, welcher unter einem Nachbrennphänomen leidet.

In Fig. 1 ist ein Kurbelwinkelsensor 1 in Beziehung mit einer Kurbelwelle (nicht abgebildet) eines Verbrennungsmotors (auch nicht abgebildet, und im folgenden einfach als Motor bezeichnet) gezeigt, welcher dafür ausgelegt ist, ein Kurbelwinkelsignal SGT aus zugeben, welches eine Anzahl von Pulsen bei einer Frequenz enthält, die von der Umdrehungszahl oder -geschwindigkeit (U/min) des Motors abhängt.

Die Flanken der in dem Kurbelwinkelsignal SGT enthaltenen Pulse geben Winkelreferenzpositionen für die individuellen Motorzylinder (#1 bis #4), ausgedrückt durch Kurbelwinkel, an. Das Kurbelwinkelsignal SGT wird einer elektronischen Steuereinheit (ECU = electronic control unit) 2 zugeführt, welche durch einen Mikrocomputer gebildet sein kann, um für verschiedene Steuerungen und arithmetische Vorgänge verwendet zu werden, welche mit der Steuerung einhergehen, wie später noch beschrieben wird.

Die Referenzposition für den Motorzylinder wird gewöhnlich so eingerichtet, daß die ansteigende Flanke des in dem Kurbelwinkelsignal SGT enthaltenen Pulses bei einer Winkelposition B75° (d. h. 75° vor dem oberen Totpunkt), ausgedrückt durch den Kurbelwinkel, auftritt, wobei die Position einem anfänglichen Einschaltstartzeitpunkt für eine Zündspule entspricht, während die abfallende Flanke des gleichen Pulses an einer Winkelposition B5° (d. h. 5° vor dem oberen Totpunkt) auftritt, was einer Zündstartzeit entspricht.

Die elektronische Steuereinheit 2 wird mit Eingabesignalen versorgt, welche Betriebszustände des Verbrennungsmotors angeben, die von verschiedenen Sensoren (nicht abgebildet) erzeugt werden, und zusätzlich mit einem Zylinderidentifikationssignal, welches synchron mit der Motorumdrehung (U/min) erzeugt wird. Das Zylinderidentifikationssignal wird von der elektronischen Steuereinheit 2 zusammen mit dem Kurbelwinkelsignal SGT zur Identifikation der einzelnen Motorzylinder verwendet, welche von der Steuereinheit 2 gesteuert werden.

Die elektronische Steuereinheit 2 ist so ausgelegt bzw. programmiert, daß sie arithmetische Vorgänge ausführt, die mit den verschiedenen Steuerungen auf der Grundlage des von dem Kurbelwinkelsensor 1 bereitgestellten Kurbelwinkelsignals, dem Zylinderidentifikationssignal und der von den verschiedenen Sensoren bereitgestellten Motorbetriebsinformation einhergehen, um dadurch Ansteuersignale für eine Vielzahl von Stellgliedern und/oder Vorrichtungen auszugeben, einschließlich für eine Zündspule 4.

Somit wird ein Betätigungssignal P, welches von der elektronischen Steuereinheit 2 zur Betätigung der Zündspule 4 erzeugt wird, an eine Basis eines Leistungstransistors TR angelegt, welcher mit einem Ende einer Primärwicklung 4a der Zündspule 4 verbunden ist, wodurch ein Primärstrom i1 unterbrochen wird, der durch die Primärwicklung 4a fließt, deren anderes Ende mit einer Energieversorgungsquelle, wie einer Batterie, verbunden ist. Als Ergebnis hiervon steigt eine Primärspannung V1, welche über der Primärwicklung 4a auftritt, steil an, wodurch eine Sekundärspannung V2 mit hohem Spannungspegel (mehrere 10 Kilovolt) in einer Sekundärwicklung 4b der Zündspule 4 induziert wird.

Ein Verteiler 7, welcher mit einem Ausgabeanschluß der Sekundärwicklung 4b der Zündspule 4 verbunden ist, verteilt die Sekundärspannung V2 an Zündkerzen 8a, . . ., 8d der individuellen Zylinder (#1 bis #4), wodurch Funkenentladungen innerhalb der in den Motorzylindern definierten Verbrennungskammern stattfinden, um die Verbrennung eines innerhalb der Verbrennungskammer jedes Zylinders eingeschlossenen Luft-Treibstoffgemisches auszulösen.

Zwischen dem einen Ende der Primärwicklung 4a der Zündspule 4 und der Erde ist eine Reihenschaltung eingefügt, welche aus einer Gleichrichterdiode D1, die mit dem einen Ende der Primärwicklung 4a verbunden ist, einem Strombegrenzungswiderstand R, einem Kondensator 9, der parallel mit einer Spannungsbegrenzungs-Zenerdiode DZ verbunden ist, und einer Gleichrichterdiode D2 besteht, wobei die Reihenschaltung einen Ladestrompfad bildet, der zu einer Spannungsversorgungsquelle zur Erfassung eines Ionenstroms führt, wie im folgenden beschrieben wird.

Der Kondensator 9 wird auf eine vorbestimmte Vorspannung VBi (in der Größenordnung von mehreren 100 Volt) von einem unter der Primärspannung V1 fließenden Ladestrom geladen. Somit dient der Kondensator 9 als eine Vorspannungs- Versorgungsquelle zur Erfassung eines Ionenstroms i. Unmittelbar nach dem Zündsteuervorgang für eine der Zündkerzen 8a bis 8d (z. B. während einer späteren oder zweiten Hälfte des Explosionstaktes) entlädt sich der Kondensator 9 über die oben erwähnte eine Zündkerze, was den Ionenstrom i fließen läßt.

Der Widerstand 10, welcher in einem Pfad des Ionenstroms i zwischen einem Ende des Kondensators 9 und der Erde geschaltet ist, stellt eine Ionenstrom-Erfassungsvorrichtung zur Ausgabe eines Ionenstrom-Erfassungsspannungssignals Ei dar. Andererseits hat jeder der Hochspannungsdioden (d. h. eine Diode, welche einer hohen Spannung widerstehen kann) 11a bis 11d, welche in den Pfad des Ionenstroms i eingefügt sind und jeweilige Anoden haben, die mit dem anderen Ende des Kondensators 9 verbunden sind, eine Kathode, die mit einer Elektrode jeder der Zündkerzen 8a bis 8d verbunden ist.

Das Ionenstrom-Erfassungsspannungssignals Ei wird einer Signalform-Formungsschaltung 13 eingegeben, um so geformt zu werden, daß es die Ionenstromsignalform Fi annimmt. Die Ausgabe der Signalform-Formungsschaltung 13 wird einer Vergleicherschaltung 14 eingegeben, die dann einen standardisierten oder Normalionenstrompuls Gi ausgibt, welcher der elektronischen Steuereinheit 2 als ein Ionenstrom-Erfassungswert oder Ionenstrom- Erfassungsspannungssignal einzugeben ist, und von der elektronischen Steuereinheit 2 dazu verwendet wird, eine Entscheidung über das Auftreten des Fehlzündungsereignisses zu treffen.

Als nächstes wird der Betrieb der bekannten Fehlzündungserfassungsvorrichtung, welche die in der Fig. 4 gezeigte Schaltungskonfiguration hat, unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschrieben.

Gewöhnlich gibt die elektronische Steuereinheit 2 ein Treibstoffeinspritz-Steuersignal für Treibstoffeinspritzer aus, und das Zündsteuersignal P für die Ein/Aus-Zeit, welches den Primärstrom i1 der Zündspule 4 zuläßt.

Bei Unterbrechung des Primärstromes i1 erscheint die stark ansteigende Primärspannung V1 über der Primärwicklung 4a, wodurch der Kondensator 9 von einem Ladestrom geladen wird, welcher entlang des Ladestrompfads fließt, der durch die Gleichrichterdiode D1, den Strombegrenzungswiderstand R und die Gleichrichterdiode D2 gebildet wird. Der Aufladungsvorgang des Kondensators 9 ist beendet, wenn die über dem Kondensator 9 auftretende Spannung eine Umkehr- oder Rückwärtsdurchbruchspannung der Zenerdiode DZ erreicht hat, wobei diese Spannung der Vorspannung VBi entspricht.

Andererseits wird bei Unterbrechung des Primärstromes i1 eine Sekundärspannung V2 in der Größenordnung von mehreren 10 Kilovolt in der Sekundärwicklung 4b der Zündspule 4 induziert. Diese Sekundärspannung V2 wird mittels des Verteilers 7 an die Zündkerzen 8a, . . ., 8d der jeweiligen Motorzylinder verteilt angelegt, in der Sequenz der Zylinder #1, #3, #4 und dann #2, was zur Erzeugung der Funkenentladung an der Zündkerze innerhalb jeder Verbrennungskammer der Motorzylinder führt, wodurch das Luft-Treibstoffgemisch eine explosive Verbrennung vollzieht. Auf diese Weise wird von dem Verbrennungsmotor über die Kurbelwelle ein Ausgabedrehmoment erzeugt.

Bei Verbrennung des Luft-Treibstoffgemisches werden Ionen innerhalb der Verbrennungskammer des Motorzylinders erzeugt. Somit kann der Ionenstrom i zu dem Kondensator 9 fließen, unter der Vorspannung VBi, welche an die Elektroden der Zündkerze angelegt wird. Wenn beispielsweise die Verbrennung des Luft-Treibstoffgemisches innerhalb der Verbrennungskammer des Motorzylinders #1 stattfindet, welcher mit der Zündkerze 8a ausgerüstet ist, dann fließt der Ionenstrom i entlang eines Strompfades, welcher sich von dem Kondensator 9 zu dem Stromerfassungswiderstand 10 über die Gleichrichterdiode 11a und die Zündkerze 8a in dieser Reihenfolge erstreckt.

Hierbei wird der Ionenstrom i durch den Erfassungswiderstand 10 in ein Spannungssignal umgewandelt, welches als Ionenstrom-Erfassungsspannungssignal Ei ausgegeben wird, und an die elektronische Steuereinheit 2 in der Form des Ionenstrom-Pulssignales Gi nach der bereits erwähnten Verarbeitung in der Singalform-Formungsschaltung 13 und der Vergleicherschaltung 14 zu führen ist. In der elektronischen Steuereinheit 2 wird eine Entscheidung über das Auftreten einer Fehlzündung in dem angesteuerten Motorzylinder auf der Grundlage des Vorliegens/Nichtvorliegens des Ionenstrom- Pulssignales Gi, des Zeitpunktes, zu welchem der Ionenstrompuls ansteigt, und/oder der Pulsbreite des Ionenstrompulses durchgeführt.

Solange der Motorbetriebszustand, einschließlich der Verbrennung innerhalb des Motorzylinders, normal ist (siehe Fig. 5), wird das Luft-Treibstoffgemisch innerhalb des Motorzylinders, der sich im Verdichtungstakt befindet, von der Funkenentladung, die an der Zündkerze jenes Zylinders erzeugt wird, gezündet, um die explosive Verbrennung zu vollziehen. Eine solche Zündsteuerung wird nacheinander für die einzelnen Zylinder #1, #3, #4 und #2 in dieser Reihenfolge durchgeführt. Ferner wird bei einem Viertakt- Verbrennungsmotor der Steuerprozeß für jeden einzelnen Motorzylinder wiederholt durchgeführt, in der Reihenfolge des Ansaugtakts, des Verdichtungstakts, des Explosionstakts und dann des Auspufftakts, wobei immer um eins verschoben wird.

Dementsprechend erfaßt die elektronische Steuereinheit 2 eine Serie von Normalionenstrompulsen Gi, welche jeweils den einzelnen Zündkerzen 8a bis 8d entsprechen, während der Zylinder, welcher gegenwärtig angesteuert wird, im Hinblick auf die Treibstoffeinspritzung und die Zündzeit identifiziert wird.

Wenn der Verbrennungsmotor jedoch in einem Hochgeschwindigkeitsbereich arbeitet, verschieben sich die erwähnten Takte in jedem Zylinder ineinander mit einem relativ kürzeren Zeitintervall, verglichen mit der Zeit, welche für die Verbrennung des Treibstoff-Luftgemisches in jedem Zylinder gebraucht wird. Folglich kann die Verbrennung des Luft-Treibstoffgemisches aufrechterhalten bleiben, sogar zu einem Zeitpunkt, welcher sich näher am Auspufftakt befindet, der auf den Zündungs-/Explosionsvorgang folgt. Dieses Phänomen wird als Nachbrennen (after-burning) bezeichnet.

Unter den Umständen, daß das Nachbrennphänomen in einem Zylinder auftritt, für welchen der Zünd/Verbrennungsprozeß unmittelbar vor der Zündzeit für einen weiteren Zylinder gesteuert wurde, welcher nun bzw. gegenwärtig gesteuert wird, wird ein Ionenstrom einer Signalform fi, welcher aufgrund des Nachbrennens erzeugt wird (im folgenden als Nachbrenn- Ionenstromsignalform fi bezeichnet), über eine Normalionenstromsignalform Fi, welche in dem Explosionstakt des gegenwärtig gesteuerten Zylinders erzeugt wird, überlagert, woraus resultiert, daß das Nachbrenn- Ionenstrompulssignal gi der elektronischen Steuereinheit 2 zusammen mit dem Normalionenstrompuls Gi eingegeben wird.

Genauer gesagt, wird der echte oder intrinsische Ionenstrom der Signalform Fi, welcher in dem Zylinder #1 bei der Zünd- /Verbrennungssteuerung erzeugt wird, mit dem falschen Ionenstrom der Signalform fi überlagert, welcher aus dem Nachbrennen in Zylinder #2 stammt, der vorher der Zünd- /Verbrennungssteuerung unterlag, während die Ionenstrom- Signalform Fi, welche bei der Zünd-/Verbrennungssteuerung des Zylinders #3 erzeugt wird, mit der Nachbrenn- Ionenstromsignalform fi überlagert wird, welche in dem Zylinder #1 erzeugt wird, usw . . Somit wird der normale oder intrinsische Ionenstrompuls Gi schließlich mit dem Nachbrenn- Ionenstrompuls gi überlagert.

Wenn auf diese Weise der bei der regulären Verbrennung erzeugte Ionenstrompuls Gi zusammen mit dem überlagerten Nachbrenn-Ionenstrompuls gi erfaßt wird, kann die elektronische Steuereinheit den Nachbrenn-Ionenstrompuls gi fälschlicherweise als den Normalionenstrompuls Gi erfassen, sogar in dem Fall, in dem der Normalionenstrompuls Gi aufgrund des Auftretens einer Fehlzündung nicht erzeugt wird. In anderen Worten wird die Fehlzündung von der elektronischen Steuereinheit 2 nicht erfaßt, sondern diese entscheidet, daß ein normaler Verbrennungszustand vorliegt.

Als ein Versuch zur Verhinderung oder Unterdrückung einer solchen gerade beschriebenen fehlerhaften Fehlzündungsentscheidung, kann daran gedacht werden, die Ionenstrom-Erfassungsvorrichtung in einer Eins-Zu-Eins- Entsprechung zu den entsprechenden Motorzylindern vorzusehen. In diesem Fall wird jedoch nicht nur die Schaltungskonfiguration der Fehlzündungserfassungsvorrichtung kompliziert, sondern der Geräteaufwand wird auch höher, was hohe Herstellungskosten nach sich zieht.

Wie aus dem bisher Gesagten hervorgeht, wird in der konventionellen Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei welcher die Ionenstrompulse Gi mit Hilfe der einzelnen Ionenstrom-Erfassungsschaltung erfaßt werden, welche aus dem Kondensator 9 und dem Erfassungswiderstand 10 besteht, ein ernstes Problem auftreten, insbesondere in einem Hochgeschwindigkeitsbetriebsbereich des Motors, in dem der von dem Nachbrennen in dem vorher gesteuerten Zylinder herrührende Ionenstrompuls gi als überlagert oder in der Nähe des Ionenstrompulses Gi erfaßt wird, welcher bei der normalen Verbrennung in dem Zylinder erzeugt wird, der gegenwärtig der Zünd-/Verbrennungssteuerung unterliegt (siehe Fig. 6), woraus resultiert, daß eine in dem gegenwärtig gesteuerten Zylinder stattfindende Fehlzündung nicht als Fehlzündung erfaßt werden kann, wodurch die Zuverlässigkeit der Fehlzündungserfassung wesentlich beeinträchtigt werden kann.

Das obige Problem kann sicherlich gelöst werden, indem eine Vielzahl von Ionenstrom-Erfassungsvorrichtungen für die jeweiligen Motorzylinder in einer Eins-Zu-Eins-Entsprechung vorgesehen wird. In diesem Fall nehmen jedoch die Herstellungskosten der Fehlzündungserfassungsvorrichtung beachtlich zu, was zu einem weiteren Problem führt.

Hinsichtlich des oben beschriebenen Standes der Technik, zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Problem der oben beschriebenen, bekannten Fehlzündungserfassungsvorrichtung zu lösen.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, welche eine verbesserte Zuverlässigkeit zur Erfassung des Fehlzündungsereignisses sicherstellen kann, durch Unterdrücken des sogenannten Nachbrenn-Ionenstroms, welcher in einem Motorzylinder erzeugt wird, der vorher gesteuert wurde, und einem normalen oder regulären Ionenstrom überlagert wird.

Im Hinblick auf die obige und weitere Aufgaben, welche mit dem Fortschreiten der Beschreibung ersichtlich werden, wird gemäß eines allgemeinen Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Motorzylindern geschaffen, welche eine Kurbelwinkel-Sensorvorrichtung enthält, zur Erzeugung eines Kurbelwinkelsignals, das Pulse enthält, wobei jeder Puls eine Pulsflanke hat, die eine Referenzkurbelwinkelposition synchron mit der Rotation des Verbrennungsmotors hat, in den jeweiligen Motorzylindern montierte Zündkerzen, eine Zündspule zum Anlegen einer Zünd- Hochspannung an die Zündkerzen, um ein mit den jeweiligen Motorzylindern in Beziehung stehendes Luft-Treibstoffgemisch zu entzünden, eine Vielzahl von Hochspannungsdioden, die mit einem Ende der jeweiligen Zündkerze verbunden sind, um an die Zündkerze eine Vorspannung mit der gleichen Polarität anzulegen, wie jene Zündspannung, eine Vorspannungs- Versorgungsvorrichtung zum Anlegen einer Vorspannung an die Zündkerzen mittels der Hochspannungsdioden, eine Ionenstrom- Erfassungsvorrichtung, welche die Vorspannungs- Versorgungsvorrichtung enthält, um Ionenströme zu erfassen, welche durch die Zündkerze bei Anlegen der Vorspannung unmittelbar nach der Zündsteuerung fließen, um dadurch Ionenstrom-Erfassungssignale für die jeweiligen Zylinder auszugeben, und eine elektronische Steuereinheit zum Betreiben der Zündspule auf der Grundlage des Kurbelwinkelsignals und zur Bestimmung des Auftretens eines Fehlzündungsereignisses in dem Verbrennungsmotor auf der Grundlage des Ionenstrom-Erfassungssignals. Die Ionenstrom- Erfassungsvorrichtung enthält eine erste Ionenstrom- Erfassungsschaltungsvorrichtung zur Erfassung von Ionenströmen in den Motorzylindern, welche einer ersten Zylindergruppe zugehören, und eine zweite Ionenstrom- Erfassungsschaltungsvorrichtung zur Erfassung von Ionenströmen in den Motorzylindern, welche einer zweiten Zylindergruppe zugehören. Die Motorzylinder, welche den ersten und zweiten Zylindergruppen zugehören, werden so ausgewählt, daß sie nicht für die Zündung nacheinander gesteuert werden. Ferner ist die elektronische Steuereinheit dafür ausgelegt, das Ionenstrom-Erfassungssignal zu verwenden, welches aus der Ionenstrom- Erfassungsschaltungsvorrichtung abgeleitet ist, die zusammen mit der Zylindergruppe vorgesehen ist, welche den Motorzylinder enthält, der gegenwärtig der Zündsteuerung unterliegt.

Aufgrund der Anordnung der oben beschriebenen Fehlzündungserfassungsvorrichtung, kann der falsche Ionenstrom, welcher aus dem Nachbrennen in dem vorher gesteuerten Zylinder stammt, sicher daran gehindert werden, sich dem intrinsischen Ionenstrom zu überlagern, welcher in dem gegenwärtig gesteuerten Zylinder erzeugt wird, wodurch die fehlerhafte Erfassung eines Fehlzündungsereignisses mit einer einfachen und kostengünstigen Struktur der Fehlzündungserfassungsvorrichtung sicher ausgeschlossen werden kann. Somit kann eine Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor implementiert werden, welche eine bedeutend verbesserte Zuverlässigkeit für die Fehlzündungserfassung sicherstellen kann.

In einem bevorzugten Ausführungsmodus der Erfindung, kann die elektronische Steuereinheit so entworfen sein, daß sie eine zeitliche Periode einstellt, welche sich von einer ersten Pulsflanke bis zu einer zweiten Pulsflanke der in dem Kurbelwinkelsignal enthaltenen Pulse erstreckt, und einem Explosionstakt in dem der Zündsteuerung unterliegenden Zylinder entspricht, als einer Periode, während welcher die Erfassung einer Fehlzündung auf der Grundlage des Ionenstrom- Erfassungssignals freigegeben ist.

Mit der oben beschriebenen Anordnung der Fehlzündungserfassungsvorrichtung können Rauschkomponenten sicher aus dem intrinsischen Ionenstrom ausgeschlossen werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Fehlzündungserfassung weiter verbessert werden kann.

Die obige und weitere Aufgaben, Merkmale und begleitende Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch das Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen, welche nur als Beispiele gegeben werden, in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich.

Im Verlauf der folgenden Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild, welches eine Struktur einer Fehlzündungserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der in Fig. 1 gezeigten Fehlzündungserfassungsvorrichtung in dem Zustand, in welchem der Verbrennungszustand normal ist;

Fig. 3 ist ein Taktdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der in Fig. 1 gezeigten Fehlzündungserfassungsvorrichtung in dem Fall, in welchem ein Nachbrennphänomen auftritt;

Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild, welches eine Struktur einer bekannten Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zeigt;

Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der in Fig. 4 gezeigten Fehlzündungserfassungsvorrichtung in dem Fall, in welchem der Verbrennungszustand normal ist; und

Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der in Fig. 4 gezeigten Fehlzündungserfassungsvorrichtung in dem Fall, in welchem ein Nachbrennphänomen stattfindet.

Nun wird die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben, zusammen mit dem, was gegenwärtig als bevorzugte oder typische Ausführungen hiervon betrachtet wird, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In der folgenden Beschreibung bezeichnen ähnliche Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Komponententeile durch die verschiedenen Ansichten hindurch.

Ausführung 1

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild, welches eine Struktur der Fehlzündungserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur werden Komponenten, die zu jenen zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen gleich bzw. äquivalent sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine Wiederholung deren Beschreibung wird weggelassen.

Gemäß der Lehre der in der ersten Ausführung verwirklichten Erfindung, ist ein Paar von Ionenstrom-Erfassungsschaltungen vorgesehen, welche in einer im wesentlichen gleichen Konfiguration implementiert sind, und parallel miteinander verbunden sind, wobei eine erste Ionenstrom- Erfassungsschaltung in Zusammenhang mit einer ersten Zylindergruppe vorgesehen ist, welche jene Zylinder enthält, für welche die Zündsteuerung in einer diskontinuierlichen Sequenz durchgeführt wird, wie durch die Zylinder #1 und #4 beispielhaft angegeben, während eine zweite Ionenstrom- Erfassungsschaltung in Zusammenhang mit einem zweiten Zylindersatz bzw. einer zweiten Zylindergruppe vorgesehen ist, welche andere Zylinder enthält, für die die Zündsteuerung in einer diskontinuierlichen Sequenz durchgeführt wird, wie durch die Zylinder #3 und #2 angegeben, wobei die erste Ionenstrom-Erfassungsschaltung so entworfen ist, daß sie ein erstes Ionenstrom-Pulssignal Gia für die Zylinder #1 und #4 erzeugt, welche der ersten Zylindergruppe zugehören, während die zweite Ionenstrom- Erfassungsschaltung so implementiert ist, daß sie ein zweites Ionenstrom-Pulssignal Gib für die Zylinder #3 und #2 erzeugt, welche der zweiten Zylindergruppe zugehören, unabhängig von dem ersten Ionenstrompuls Gia.

In Fig. 1 umfaßt die erste Ionenstrom-Erfassungsschaltung eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 9a und einem Erfassungswiderstand 10a, eine Signalform-Formungsschaltung 13a und eine Vergleicherschaltung 14a, während die zweite Ionenstrom-Erfassungsschaltung von einer Reihenschaltung aus einem Kondensator 9b und einem Erfassungswiderstand 10b, einer Signalform-Formungsschaltung 10b und einer Vergleicherschaltung 14b gebildet wird.

Die Zündkerzen 8a und 8c der Zylinder #1 und #4 sind mit dem Kondensator 9a verbunden, der in der ersten Ionenstrom- Erfassungsschaltung eingebaut ist, mittels jeweiliger Hochspannungsdioden 11a und 11c, um so mit der Vorspannung VBi des Kondensators 9a belegt zu werden.

Andererseits sind die Zündkerzen 8b und 8d der Zylinder #3 und #2 mit dem Kondensator 9b verbunden, welcher in der zweiten Ionenstrom-Erfassungsschaltung eingebaut ist, mittels von Hochspannungsdioden 11b und 11d, um so mit einer Vorspannung VBi des Kondensators 9b belegt zu werden.

Somit wird ein Ionenstrom ia, welcher in den Zylindern #1 und #4 (d. h. in den Zylindern, welche der ersten Zylindergruppe angehören) erzeugt wird, als ein Ionenstrom- Erfassungsspannungssignal Eia (siehe Fig. 1) von dem Erfassungswiderstand 10a erfaßt, der in der ersten Ionenstrom-Erfassungsschaltung eingebaut ist, um dadurch der elektronischen Steuereinheit 2 als ein erstes Ionenstrom- Pulssignal Gia (siehe Fig. 2) über die Signalform- Formungsschaltung 13a und der Vergleicherschaltung 14a zugeführt zu werden.

Ferner wird ein Ionenstrom ib, welcher in den Zylindern #3 und #2 (d. h. in den Zylindern, die der zweiten Zylindergruppe zugehören) erzeugt wird, als ein Ionenstrom- Erfassungsspannungssignal Eib (siehe Fig. 1) von dem Erfassungswiderstand 10b erfaßt, welcher in der zweiten Ionenstrom-Erfassungsschaltung eingebaut ist, um dadurch der elektronischen Steuereinheit 2 als ein zweites Ionenstrom- Pulssignal Gib (siehe Fig. 2) über die Signalform- Formungsschaltung 13b und die Vergleicherschaltung 14b zugeführt zu werden.

Aufgrund der oben beschriebenen Anordnung werden die Ionenströme, welche in den Motorzylindern fließen, die nacheinander oder kontinuierlich bezüglich des Zündprozesses gesteuert werden, abwechselnd als Ionenstrom-Erfassungssignal Eia und Eib von den ersten und zweiten Ionenstrom- Erfassungsschaltungen erfaßt, um als ionenstrom-pulsähnliche Signale Fia und Fib und als Ionenstrom-Pulssignale Gia und Gib bereitgestellt zu werden.

Die Fig. 2 und 3 sind Zeitdiagramme, welche Signalformen von Signalen zeigen, die in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung erzeugt werden, wobei die Fig. 2 der Beschreibung des normalen Betriebs dient, während die Fig. 3 der Beschreibung des Betriebs dient, der unter einem Nachbrennphänomen leidet.

Als nächstes wird der Betrieb der Fehlzündungserfassungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführung der Erfindung, welche in Fig. 1 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben.

Wie oben beschrieben, erzeugt eine der Ionenstrom- Erfassungsschaltungen (erste Ionenstrom- Erfassungsschaltung) das erste Ionenstrom-Pulssignal Gia (Fig. 2) bei jeder Erfassung der an den Zündkerzen 8a und 8c der Zylinder #1 und #4 erzeugten Ionenströme, während die andere bzw. zweite Ionenstrom- Erfassungsschaltung das zweite Ionenstrom- Pulssignal Gib (siehe Fig. 2) bei jeder Erfassung der an den Zündkerzen 8b und 8d der Zylinder #3 und #2 erzeugten Ionenströme erzeugt, für welche ein Zündprozeß von der elektronischen Steuereinheit 2 nach der Zündsteuerung für die Zylinder #1 und #4 gesteuert wird.

In jenem Fall stehen die Zylinder #1 und #4 einerseits, und die Zylinder #2 und #3 andererseits bezüglich des Betriebstaktes in einem symmetrischen Verhältnis zueinander. Als Beispiel, wenn einer der Zylinder #1 und #4 (oder einer der Zylinder #2 und #3) sich in dem Verdichtungstakt befindet, befindet sich der andere Zylinder #1 oder #4 (#3 oder #2) in dem Auspufftakt. Somit können eine oder beide der Ionenstrom-Erfassungsschaltungen, welche vorher erwähnt wurden, nicht die ersten Ionenstrompulse Gia oder zweiten Ionenstrompulse Gib nacheinander oder kontinuierlich erzeugen. Man vergleiche Fig. 2 mit Fig. 5.

Folglich geben die Erfassungswiderstände 10a und 10b, welche in der ersten und zweiten Ionenstrom-Erfassungsschaltung eingebaut sind, abwechselnd die Ionenstrom- Erfassungsspannungssignale Eia und Eib auf der Grundlage der Ionenströme ia und ib für beide Zylindergruppen aus.

Die Ionenstrom-Erfassungsspannungssignale Eia und Eib unterliegen der Signalverarbeitung, wobei die Ionenstrompulse Gia und Gib abwechselnd zueinander erzeugt werden, wie in Fig. 2 gezeigt.

Andererseits, wenn das Nachbrennphänomen stattfindet, werden Nachbrenn-Ionenströme mit Signalformen fia und fib, welche aufgrund des Nachbrennens erzeugt werden, abwechselnd an das Paar von Ionenstrom-Erfassungsschaltungen (siehe Fig. 3) angelegt. Dementsprechend werden die Nachbrenn-Ionenstrom- Signalformen fia und fib, welche dem Nachbrennen zuzuschreiben sind, das gegenwärtig stattfindet, daran gehindert, sich dem normalen Ionenstrom i während der Fehlzündungserfassungsperioden für die Motorzylinder, welche als nächstes der Zündsteuerung unterliegen, zu überlagern (d. h. während einer zweiten Hälfte deren Explosionstakts), wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.

In anderen Worten, da die Ionenstrom-Erfassungsintervalle für die Motorzylinder, für die die Zündsteuerung nacheinander oder kontinuierlich durchgeführt wird, durch das Paar von Ionenstrom-Erfassungsschaltungen voneinander diskret getrennt sind, werden die Nachbrenn-Ionenströme der Signalformen fia und fib, welche nicht erfaßt werden sollen, zu einem Mittelzeitpunkt zwischen den Fehlzündungs- Erfassungszeitpunkten für die Motorzylinder erzeugt, während sie den jeweiligen Zylindergruppen angehören. Auf diese Weise können die Nachbrenn-Ionenstromsignalformen fia und fib definiert werden und diskret von den normalen oder intrinsischen Ionenstrompulsen Gia, Gib getrennt werden.

Somit kann die elektronische Steuereinheit 2 den Zustand der Zylinder überwachen, welche gegenwärtig auf der Grundlage des Kurbelwinkelsignals SGT und anderer Parameter gesteuert werden, um dadurch eine Entscheidung über das Auftreten eines Fehlzündungsereignisses auf der Grundlage nur des Ionenstrompulses zu treffen, welcher den Zylindergruppen, die die Motorzylinder enthalten, für welche gegenwärtig die Zündsteuerung durchgeführt wird, entspricht, während der abgetrennte Nachbrenn-Ionenstrompuls der Signalform fia und fib vernachlässigt wird. Auf diese Weise kann die Fehlzündungserfassung mit hoher Zuverlässigkeit auf der Grundlage nur der normalen Ionenstrompulse Gia und Gib durchgeführt werden.

Ausführung 2

Im Fall der Fehlzündungserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung wird die Ionenstromerfassung für die Zylindergruppen abwechselnd voneinander durchgeführt, indem ein Paar von Ionenstrom-Erfassungsschaltungen so verwendet wird, daß die Nachbrenn-Ionenstrompulse gia und gib von den normalen Ionenstrompulsen Gia und Gib getrennt werden, d. h. die Fehlzündungserfassung wird nicht für die Zylinder durchgeführt, für welche die Zündung nacheinander gesteuert wird. Jedoch im Hinblick auf die Tatsache, daß der Ionenstrom i während einer Zeitperiode erzeugt wird, in welcher das Kurbelwinkelsignal SGT auf einem niedrigen Pegel ("L") ist, kann das Ionenstrom-Erfassungsintervall so ausgewählt oder eingestellt werden, daß es in die Periode fällt, in welche das Kurbelwinkelsignal SGT auf dem Pegel "L" ist.

Somit wird gemäß der Lehre der Erfindung, welche in der zweiten Ausführung verwirklicht wird, die Periode, während welcher das Kurbelwinkelsignal SGT auf einem Pegel "L" ist, vorher als eine Periode eingestellt, während welcher die elektronische Steuereinheit 2 freigegeben ist, um eine Entscheidung über das Auftreten einer Fehlzündung zu machen, indem berücksichtigt wird, daß der Ionenstrom i, welcher auf die normale Verbrennung zurückzuführen ist, in dem Explosionstakt des Verbrennungsmotors erzeugt wird, und daß die Periode, bei welcher das Kurbelwinkelsignal SGT sich auf dem Pegel "L" befindet, dem Explosionstakt in jedem der Motorzylinder entspricht.

Aufgrund der oben erwähnten Anordnung, können der Ionenstrom und andere Rausch- oder Falschstromkomponenten von anderen Motorzylindern als dem, welcher gegenwärtig der Zündsteuerung unterliegt, nicht erfaßt werden, wodurch Ionenstrompulse Gia und Gib erhalten werden können, welche gegenüber verschiedenen Rausch- oder Falschsignalkomponenten immun sind. Somit kann die Fehlzündungserfassung mit größerer Zuverlässigkeit durchgeführt werden.

Modifikationen

Viele Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der ausführlichen Beschreibung hervor, und es ist somit beabsichtigt, daß die angehängten Ansprüche alle Merkmale und Vorteile des Systems abdecken, welche in den wahren Geist und Umfang der Erfindung fallen. Ferner, da verschiedene Modifikationen und Kombinationen dem Fachmann leicht in den Sinn kommen werden, ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die genaue Konstruktion und den genauen Betrieb zu beschränken, welche gezeigt und beschrieben wurden.

Als Beispiel wird in der Fehlzündungserfassungsvorrichtung im Falle der zweiten Ausführung der oben beschriebenen Erfindung die Periode des Pegels "L", welche sich von der fallenden Flanke zur ansteigenden Flanke des Kurbelwinkelpulses SGT erstreckt, als das Intervall für die Ionenstromerfassung eingestellt. Es ist jedoch selbstverständlich, daß wenn das Kurbelwinkelsignal SGT von umgekehrter Polarität ist, die Periode, während welcher das Kurbelwinkelsignal SGT den hohen Pegel "H" annimmt, als Intervall für die Ionenstromerfassung eingestellt wird.

In der vorangegangenen Beschreibung, welche sich auf die ersten und zweiten Ausführungen der Erfindung richtete, wurde angenommen, daß die Sekundärspannung V2 und die Vorspannung VBi von positiver (plus) Polarität sind. Wenn diese Spannungen jedoch von negativer (minus) Polarität sind, müssen die Hochspannungsdioden 11a und 11d und andere mit umgekehrter Polarität eingefügt werden, was selbstverständlich ist.

Ferner wurde bei der Fehlzündungserfassungsvorrichtung gemäß der ersten und zweiten Ausführung der Erfindung die Beschreibung unter der Annahme vorgenommen, daß der fragliche Verbrennungsmotor vier Zylinder enthält, wobei die individuellen Zylinder für die Ionenstromerfassung gruppenweise klassifiziert wurden in die erste Zylindergruppe (mit den Zylindern #1 und #4) und die zweite Zylindergruppe (mit den Zylindern #3 und #2), für welche zwei getrennte Ionenstrom-Erfassungsvorrichtungen jeweils vorgesehen sind. Man beachte jedoch, daß die Zahl der Zylinder und die Zahl der Ionenstrom-Erfassungsschaltungen beliebig gewählt werden können, wie es der Fall erfordert. Um es anders auszudrücken, kann die Erfindung genauso gut auf einen Verbrennungsmotor angewendet werden, welcher allgemein eine gegebene Anzahl von Zylindern besitzt. In jenem Fall können die individuellen Zylinder in eine Anzahl von Zylindergruppen klassifiziert werden, indem das Verhältnis der Verbrennungszeitdauer in dem Zylinder zur Motorumdrehungsgeschwindigkeit (U/min) berücksichtigt wird, und eine entsprechende Anzahl von Ionenstrom-Erfassungsschaltungen können mit den jeweiligen Zylindergruppen in Eins-zu-Eins-Entsprechung vorgesehen werden.

Ferner, obwohl die Erfindung in Zusammenhang mit dem Zündsystem beschrieben wurde, in welchem eine Hochspannung an die Zündkerzen 8a, . . ., 8d aus der Sekundärwicklung 4b der Zündspule 4 über den Verteiler 7 verteilt wurde, ist die Erfindung nie auf ein bestimmtes Spannungsverteilungssystem oder Spannungsverteilungsschema beschränkt. Die Erfindung kann genauso gut auf andere Arten von Zündsystemen angewendet werden, einschließlich eines Direkteinspritzsystems, eines Niederspannungssystems und dergleichen.

Dementsprechend fallen alle geeigneten Modifikationen und Äquivalente, auf die zurückgegriffen werden kann, in den Geist und Umfang der Erfindung.

Claims (3)

1. Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Motorzylindern, umfassend:
eine Kurbelwinkelsensorvorrichtung (1) zur Erzeugung eines Kurbelwinkelsignals (SGT) mit einer Pulsflanke, welche einer Referenz-Kurbelwinkelposition synchron mit der Umdrehung des Verbrennungsmotors entspricht;
Zündkerzen (8a bis 8d), welche in den jeweiligen Motorzylindern (#1 bis #4) montiert sind;
eine Zündspule (4) zum Anlegen einer Zündhochspannung an die Zündkerzen (8a bis 8d) zur Zündung eines Luft- Treibstoffgemisches innerhalb der zugeordneten Motorzylinder;
eine Vielzahl von Hochspannungsdioden (11a bis 11d), welche mit einem Ende der Zündkerzen (8a bis 8d) verbunden sind, zum Anlegen einer Vorspannung (VBi) an die Zündkerzen, mit der gleichen Polarität wie jene der Zündspannung;
eine Vorspannungs-Versorgungsvorrichtung (9a, 9b) zum Anlegen einer Vorspannung (VBi) an die Zündkerzen (8a bis 8d) über die Hochspannungsdioden (11a bis 11d);
eine Ionenstrom-Erfassungsvorrichtung, welche die Vorspannungs-Versorgungsvorrichtung (9a, 9b) enthält, zur Erfassung von Ionenströmen (i), die durch die Zündkerzen bei Anlegen der Vorspannung (VBi) unmittelbar nach der Zündsteuerung fließen, um dadurch Ionenstrom- Erfassungssignale (Gia, Gib) für die Zylinder auszugeben; und
eine elektronische Steuereinheit (2) zum Betreiben der Zündspule (4) auf der Grundlage des Kurbelwinkelsignals (SGT) und zur Bestimmung des Auftretens eines Fehlzündungsereignisses in dem Verbrennungsmotor auf der Grundlage des Ionenstrom-Erfassungssignals (Gia, Gib), wobei die Ionenstrom-Erfassungsvorrichtung enthält:

eine erste Ionenstrom-Erfassungsschaltungsvorrichtung (10a, 13a, 14a) zur Erfassung von Ionenströmen (ia) in den Motorzylindern, welche einer ersten Zylindergruppe (Zylinder #1; #4) zugehören; und
eine zweite Ionenstrom-Erfassungsvorrichtung (10b, 13b, 14b) zur Erfassung von Ionenströmen (ib) in den Motorzylindern, welche einer zweiten Zylindergruppe (Zylinder #2; #3) zugehören;
wobei die Motorzylinder, welche jeweils der ersten und zweiten Zylindergruppe zugehören, so ausgewählt sind, daß sie bei der Zündung nicht nacheinander gesteuert werden;
die elektronische Steuereinheit (2) dafür ausgelegt ist, das Ionenstrom-Erfassungssignal zu verwenden, welches aus der Ionenstrom-Erfassungsschaltungsvorrichtung abgeleitet ist, die in Zusammenhang mit der Zylindergruppe vorgesehen ist, die den Motorzylinder enthält, welcher gegenwärtig der Zündsteuerung unterliegt.

2. Fehlzündungserfassungsvorrichtung in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (2) eine zeitliche Periode einstellt, welche sich von einer ersten Pulsflanke zu einer zweiten Pulsflanke der in dem Kurbelwinkelsignal (SGT) enthaltenen Pulse erstreckt, und einem Explosionstakt in dem Zylinder entspricht, welcher der Zündsteuerung unterliegt, als einer Periode, während welcher die Erfassung einer Fehlzündung auf der Grundlage des Ionenstrom-Erfassungssignals freigegeben ist.