DE19733869A1

DE19733869A1 - Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19733869A1
Application number: DE19733869A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Takahashi; Wataru Fukui
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2017-08-06
Also published as: JPH10231773A; JP3264854B2; US5785020A; DE19733869C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei diese Vorrichtung den Zündzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge dadurch steuert oder regelt, daß der Verbrennungszustand der Brennkraftmaschine festgestellt wird, durch Feststellung der Änderung der Anzahl an Ionen, die zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Brennkraftmaschine erzeugt werden, und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine, welche das Auftreten von Klopfen mit hoher Verläßlichkeit feststellen kann, um eine optimale Zündzeitpunktregelung zu erzielen, ohne eine elektronische Steuereinheit, also einen Mikrocomputer, zusätzlich zu belasten.

Üblicherweise wird bei einer Brennkraftmaschine das Kraftstoff-Luftgemisch, also Luft und Kraftstoff, welches in die Verbrennungskammer jedes Zylinders eingebracht wurde, bei der Heraufbewegung eines Kolbens verdichtet, und wird eine Hochspannung an eine Zündkerze in der Brennkammer angelegt, um einen elektrischen Funken an der Zündkerze zu erzeugen, damit das komprimierte Kraftstoff-Luftgemisch verbrannt wird; die Explosionsenergie, die zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, wirkt als Kraft, die den Kolben herunterdrückt, und in ein Drehmoment umgewandelt wird.

Wenn bei dem voranstehend geschilderten Verbrennungs- und Expansionshub die Verbrennung in der Brennkammer stattfindet, werden die Moleküle in der Brennkammer ionisiert. Wird eine Hochspannung an die Elektroden zur Feststellung eines Ionenstroms, die in der Brennkammer (dem Verbrennungsraum) angeordnet sind, unmittelbar nach dem Verbrennungs- und Expansionshub angelegt, so werden Ionen mit elektrischen Ladungen dazu veranlaßt, sich in Form eines Ionenstroms zu bewegen.

Es ist bekannt, daß der Ionenstrom empfindlich auf den Verbrennungszustand in der Brennkammer reagiert, also eine entsprechende Änderung zeigt, was es ermöglicht, einen Verbrennungszustand wie beispielsweise eine Fehlzündung oder Klopfen in einem Zylinder durch Feststellung des Zustands des Ionenstroms zu bestimmen, einschließlich dessen Spitzenwert.

Auf der Grundlage der voranstehenden Erkenntnisse wurde eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche eine Zündkerze als die Elektrode zur Feststellung des Ionenstroms verwendet, um das Auftreten von Klopfen bei einer Brennkraftmaschine auf der Grundlage des Pegels des Ionenstroms festzustellen, der über einen vorbestimmten Zeitraum festgestellt oder gemessen wird, wie beispielsweise in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 5-149230 beschrieben wurde.

Fig. 11 zeigt als Blockschaltbild schematisch den grundlegenden Aufbau einer konventionellen Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands für eine Brennkraftmaschine; hierbei ist ein Beispiel dargestellt, bei welchem Hochspannung an die jeweilige Zündkerze jedes Zylinders über einen Verteiler verteilt wird.

Fig. 12 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches die Betriebssignalformen der Spannungssignale in Fig. 11 erläutert; hierbei sind die Signalformen des Ionenstroms und von Klopfsignalen festgestellt, die man beobachtet, wenn Klopfen auftritt, oder beobachtet, wenn eine normale Verbrennung stattfindet.

In Fig. 11 ist eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung (nicht dargestellt) mit einem Kurbelwinkelsensor 11 versehen; der Kurbelwinkelsensor 11 gibt ein Kurbelwinkelsignal SGT aus, welches Impulse entsprechend der Brennkraftmaschinendrehzahl aufweist.

Jede Impulsflanke des Kurbelwinkelsignals SGT zeigt die Kurbelwinkelbezugsposition jedes Zylinders (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine an. Das Kurbelwinkelsignal SGT wird einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 2 zugeführt, die durch einen Mikrocomputer gebildet wird, und für verschiedene Arten von arithmetischen Steuervorgängen verwendet wird.

Die ECU 2 gibt ein Zündsignal P für einen Leistungstransistor TR ab, der eine Zündspule 4 treibt, ein Kraftstoffeinspritzsignal Q für eine Einspritzvorrichtung 5 jedes Zylinders, und Treibersignale für verschiedene Betätigungsglieder 6 einschließlich eines Drosselventils und eines ISC-Ventils entsprechend dem Kurbelwinkelsignal SGT, welches von dem Kurbelwinkelsensor 1 empfangen wird, und der Betriebsinformation, die von verschiedenen Sensoren 3 empfangen wird, einschließlich eines wohlbekannten Einlaßsensors und eines Drosselöffnungssensors.

Das von der ECU 2 ausgegebene Zündsignal P wird an die Basis des Leistungstransistors TR angelegt, um den Leistungstransistor TR ein- bzw. auszuschalten.

Der Leistungstransistor TR unterbricht die Zufuhr eines Primärstroms i1, der in eine Primärwicklung 4a der Zündspule 4 fließt, um die Primärspannung V1 so zu erhöhen, daß eine Sekundärspannung V2 als Hochspannung erzeugt wird, beispielsweise einige wenige 10 Kilovolt, für die Zündung, wobei die Sekundärspannung von einer Sekundärwicklung 4b der Zündspule 4 abgegeben wird.

Ein Verteiler 7, der an die Ausgangsanschlüsse der Sekundärwicklung 4b angeschlossen ist, verteilt die Sekundärspannung V2 und legt sie an Zündkerzen 8a bis 8d an, die in jedem Zylinder vorgesehen sind, um so Entladungsfunken in der Brennkammer des jeweiligen Zylinders zu erzeugen, mit welchem die Zündsteuerung bzw. Zündregelung durchgeführt wird, wodurch ein Kraftstoff-Luftgemisch verbrannt wird.

Eine Reihenschaltung aus einer Diode D1, einem Strombegrenzungswiderstand R1 und einer Strombe grenzungs-Zenerdiode DZ und einer Diode D2 ist zwischen einem Ende der Primärwicklung 4a und Masse vorgesehen, um einen Ladeweg für die Vorspannungsversorgungsquelle zu bilden, nämlich einen nachstehend noch genauer erläuterten Kondensator, für die Feststellung oder Messung des Ionenstroms.

Ein Kondensator 9, der parallel zur Zenerdiode DZ geschaltet ist, wird durch einen Ladestrom auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen, um als Spannungsversorgung zur Messung des Ionenstroms zu dienen; der Kondensator entlädt sich sofort nach der Zündsteuerung oder Zündregelung, damit ein Ionenstrom i fließen kann.

Dioden 11a bis 11d, die zwischen einem Ende des Kondensators 9 und einem Ende der Zündkerzen 8a bis 8d vorgesehen sind, und ein Widerstand R2, der zwischen das andere Ende des Kondensators 9 und Masse geschaltet ist, bilden zusammen mit dem Kondensator 9 eine Ionenstromerfassungsvorrichtung, durch welche der Ionenstrom i fließt.

Der Widerstand R2 wandelt den Ionenstrom i in eine Spannung um, und liefert ein Ionenstrommeßsignal Ei an die ECU 2.

Eine Filterschaltung 13 zieht eine Klopffrequenzkomponente aus dem Ionenstrommeßsignal Ei ab, und gibt ein Klopfsignal K aus, welches das Auftreten von Klopfen in der Brennkraftmaschine anzeigt.

Eine Signalformschaltung 14 vergleicht das Klopfsignal K mit einem vorbestimmten Signalformpegel Kr, um es in eine Impulssignalform umzuwandeln, welche als ein Klopfimpuls KP der ECU 2 zugeführt wird.

Wie voranstehend erwähnt berechnet die ECU 2 die Steuer- oder Regelparameter für die Brennkraftmaschine, und stellt darüber hinaus den Verbrennungszustand an den Zündkerzen 8a bis 8d entsprechend dem Ionenstrommeßsignal Ei und dem Klopfimpuls KP fest, um die Steuerparameter zu korrigieren.

Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird nunmehr der Betriebsablauf bei der konventionellen Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine gemäß Fig. 11 beschrieben.

Zuerst gibt der Kurbelwinkelsensor 1 das Kurbelwinkelsignal SGT von Fig. 12 entsprechend der Umdrehung der Brennkraftmaschine aus. Die ECU 2 gibt verschiedene Treibersignale aus, einschließlich des Zündsignals P, zum Ein- und Ausschalten des Leistungstransistors TR entsprechend dem Kurbelwinkelsignal SGT, welches die Kurbelwinkelposition jedes Zylinders anzeigt, und den Betriebszustandssignalen, die von verschiedenen Sensoren 3 empfangen werden.

Der Leistungstransistor TR schaltet EIN, wenn das Zündsignal P auf hohem Pegel liegt, und läßt den Primärstrom i1 durch die Primärwicklung 4a der Zündspule 4 fließen; er unterbricht den Primärstrom i1 zur Zündspule 4, wenn das Zündsignal P vom hohen auf den niedrigen Pegel umgeschaltet wird.

Zu diesem Zeitpunkt wird die Primärspannung V1 in der Primärwicklung 4a erzeugt, wodurch der Kondensator 9 über einen Ladestrompfad geladen wird, welcher aus der Diode D1, dem Widerstand R1 und der Diode D2 besteht.

Die Aufladung des Kondensators 9 ist beendet, wenn die Ladespannung des Kondensators 9 gleich der Rückwärtsdurchbruchsspannung der Zenerdiode DZ wird.

Wenn die Primärspannung V1 an der Primärwicklung 4a anliegt, erzeugt die Sekundärwicklung 4b der Zündspule 4 die Sekundärspannung V2 mit einigen wenigen 10 Kilovolt; die Sekundärspannung V2 wird an die Zündkerzen 8a bis 8d jedes Zylinders über den Verteiler 7 angelegt, um eine Funkenentladung zur Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches zu erzeugen.

Wenn die Kraftstoff-Luftmischung verbrennt, werden Ionen in dem Brennraum des Zylinders erzeugt, so daß der Ionenstrom i fließt, wobei die Ladespannung des Kondensators 9 als Spannungsquelle dient.

Wenn beispielsweise an der Zündkerze 8a die Kraft stoff-Luftmischung verbrennt, so fließt in dieser Reihenfolge der Ionenstrom i über einen Pfad, der durch den Kondensator 9, die Diode 11a, die Zündkerze 8a, Masse, den Widerstand R2 und den Kondensator 9 gebildet wird. Hierbei wandelt der Widerstand R2 den Ionenstrom i in eine Spannung um, um ihn als Ionenstrommeßsignal Ei der ECU 2 zuzuführen.

Die Filterschaltung 13 und die Signalformschaltung 14 geben den Klopfimpuls KP aus, der das Auftreten von Klopfen entsprechend dem Ionenstrommeßsignal Ei anzeigt.

Die ECU 2 bestimmt den Verbrennungszustand und das Vorhandensein von Klopfen entsprechend dem Ionenstrommeßsignal Ei und dem Klopfimpuls KP; wenn sie feststellt, daß eine Fehlzündung aufgetreten ist, dann unterbricht sie die Kraftstoffversorgung, oder wenn sie feststellt, daß Klopfen aufgetreten ist, dann verzögert sie den Zündzeitpunkt, um das Klopfen zu beschränken.

Ob der Verbrennungszustand gut oder schlecht ist, und ob Klopfen aufgetreten ist, findet daher seine Entsprechung bei den Steuer- oder Regelparametern, um eine optimale Steuerung oder Regelung des Zündzeitpunkts, der Kraftstoffeinspritzmenge usw. sicherzustellen, so daß ein optimales, maximales Brennkraftmaschinenausgangsdrehmoment erhalten wird.

Allerdings wird zum Zeitpunkt des Ansteigens und des Abfallens des Zündsignals P, also zum Zeitpunkt des Einschaltens bzw. Ausschaltens der Stromversorgung der Zündspule 4, ein momentanes Rauschsignal En als Ionenstrommeßsignal Ei ausgegeben, wie in Fig. 12 gezeigt ist.

Das Rauschsignal En wandelt sich direkt in ein Klopfsignal Kn und einen Klopfimpuls Kpn um, welche der ECU 2 zugeführt werden; die ECU 2 stellt daher fälschlicherweise fest, daß Klopfen aufgetreten ist, infolge des Klopfimpulses Kpn, der von dem Rauschsignal En herrührt, und führt eine unnötige Verzögerung des Zündzeitpunkts durch.

Die konventionelle Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine führte daher in der Hinsicht zu Schwierigkeiten, daß sie zwar das Vorhandensein von Klopfen auf der Grundlage des Ionenstroms i ermittelte, jedoch keine Maßnahmen gegen das Rauschsignal En zur Verfügung stellte, welches bei der Zündsteuerung oder Zündregelung dem Ionenstrom i überlagert ist, wodurch es unmöglich war, das Auftreten von Klopfen bei der Brennkraftmaschine exakt zu bestimmen.

Eine weitere Schwierigkeit ergab sich daraus, daß die Einstellung eines Effektivzeitraums für das Klopfsignal K oder den Klopfimpuls KP während der Arithmetikverarbeitung, die von der ECU 2 durchgeführt wird, für die ECU 2 eine zusätzliche Belastung darstellt, welche die Arithmetikverarbeitung durchführt, wodurch der Steuer- oder Regelbetrieb negativ beeinflußt wird, welcher die Hauptfunktion der ECU 2 darstellt.

Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten entwickelt, und ein Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei diese Vorrichtung ein Klopfsignal wirksam oder unwirksam macht, entsprechend dem Pegel des Ionenstrommeßsignals, um den Zeitraum zu beschränken, in welchem das Klopfsignal ausgegeben werden kann, wodurch ein verbessertes Signal-Rauschverhältnis des Klopfsignals erhalten wird, und verbesserte Steuer- oder Regeleigenschaften erzielt werden, ohne die Belastung bezüglich der Arithmetikverarbeitung zu erhöhen, die von einer ECU 2 durchgeführt wird.

Zu diesem Zweck wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands für eine Brennkraftmaschine mit innerer zur Verfügung gestellt, welche aufweist: eine Zündspule zur Erzeugung einer Hochspannung für die Zündung; eine Zündkerze zum Zünden eines Kraftstoff-Luftgemisches in einem Zylinder der Brennkraftmaschine, mittels einer Entladung durch Anlegen der Hochspannung für die Zündung; eine Ionenstrommeßschaltung, welche eine Vorspannungsvorrichtung aufweist, um eine Vorspannung an die Zündkerze anzulegen, und welche als Ionenstrommeßsignal den Ionenstrom erfaßt, welcher der Ionenmenge entspricht, die in dem Zylinder unmittelbar nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches erzeugt wird; eine Klopfsignalverarbeitungsschaltung, welche ein Klopfsignal erzeugt, welches das Auftreten von Klopfen in der Brennkraftmaschine anzeigt, auf der Grundlage des Ionenstrommeßsignals; und eine ECU, welche Steuer- und Regelparameter für die Brennkraftmaschine berechnet, und darüber hinaus den Verbrennungszustand an der Zündkerze entsprechend dem Ionenstrommeßsignal und dem Klopfsignal feststellt; wobei die Klopfsignalverarbeitungsschaltung eine Filtervorrichtung aufweist, um ein Frequenzband herauszuziehen, welches dem Klopfen bei der Brennkraftmaschine entspricht, aus dem Ionenstrommeßsignal, eine Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorichtung zur Ausgabe eines Freischalt/Sperrerfassungssignals, welches anzeigt, ob das Klopfsignal feststellbar ist, auf der Grundlage des Ionenstrommeßsignals, und eine Klopfsignalschaltvorrichtung, welche die Ausgabe des Klopfsignals nur dann ermöglicht, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal einen freigeschalteten Erfassungszustand anzeigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands für eine Brennkraftmaschine auf: eine Komparatorschaltung zum Vergleichen des Ionenstrommeßsignals mit einem vorbestimmten Bezugspegel; und eine Zeitgeberverarbeitungsschaltung, welche das Freischalt/Sperrerfassungssignal auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses ausgibt, welches von der Komparatorschaltung stammt, wenn das Ionenstrommeßsignal ständig den Bezugspegel über einen vorbestimmten Zeitraum überschreitet.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Klopfsignalschaltvorrichtung der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine aus einer Gateschaltung, die zwischen der Ionenstrommeßvorrichtung und der Filtervorrichtung eingefügt ist; sie liefert das Ionenstrommeßsignal an die Filtervorrichtung, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal den freigeschalteten Erfassungszustand anzeigt, wogegen sie die Eingabe des Ionenstrommeßsignals an die Filtervorrichtung verhindert, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal einen gesperrten Erfassungszustand anzeigt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Klopfsignalschaltvorrichtung der Vorrichtung zum Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine aus einer Gateschaltung, die am Ausgangsende der Filtervorrichtung vorgesehen ist; sie schaltet die Ausgabe des Klopfsignals frei, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal den freigeschalteten Erfassungszustand anzeigt, wogegen sie die Ausgabe des Klopfsignals sperrt, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal den gesperrten Erfassungszustand anzeigt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Klopfsignalschaltvorrichtung der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine aus einer Logikoperationsvorrichtung, die am Ausgangsende der Filtervorrichtung vorgesehen ist; sie gibt das logische Produkt des Klopfsignals und des Freischalt/Sperrerfassungssignals als endgültiges Klopfsignal aus.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Klopfsignalschaltvorrichtung der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine aus einer Filtercharakteristikänderungsvorrichtung, die in der Filtervorrichtung vorgesehen ist; sie senkt den Ausgangspegel des Frequenzbands ab, welches dem Klopfen entspricht, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal den gesperrten Erfassungszustand anzeigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Klopfsignalverarbeitungsschaltung der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine eine Signalformvorrichtung auf, welche am Ausgangsende der Filtervorrichtung vorgesehen ist; die Signalformvorrichtung vergleicht das Klopfsignal mit einem vorbestimmten Signalformpegel, um es in einen Klopfimpuls umzuwandeln, welcher an die ECU angelegt wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die ECU der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine eine Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung auf, welche einen Ausfall einer Eingangsschaltung der ECU feststellt, auf der Grundlage zumindest entweder des Freischalt/Sperrerfassungssignals oder des Klopfimpulses; die Eingangsschaltung enthält die Klopfsignalverarbeitungsschaltung und einen Signalpfad, welcher die Klopfsignalverarbeitungsschaltung und die ECU verbindet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Klopfsignalverarbeitungsschaltung der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine eine Ausgangsschnittstellenschaltung auf, die zur Ausgabe des Klopfimpulses auf einem Spannungspegel zwischen der Leitungsspannung der ECU und Masse dient; die ECU weist eine Eingangsschnittstellenschaltung auf, die mit einer Eingangsklemme versehen ist, an welche der Klopfimpuls angelegt wird; die Spannung der Eingangsklemme wird auf einen vorbestimmten Pegel gesetzt, der sich von dem Spannungspegel des Klopfimpulses unterscheidet, wenn die Eingangsschaltung ausgefallen ist; und die Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung stellt zumindest entweder einen Unterbrechungsausfall oder einen Masseausfall der Eingangsschaltung auf der Grundlage der Spannung an der Eingangsklemme fest.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Eingangsschnittstellenschaltung der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine einen Widerstand auf, der zwischen die Eingangsklemme und die Spannungsversorgung der ECU eingefügt ist, eine Bezugsspannungserzeugungsschaltung zur Erzeugung er Bezugsspannung zwischen der Spannung mit hohem Pegel des Klopfimpulses und der Leitungsspannung, und eine Komparatorschaltung zum Vergleichen der Spannung an der Eingangsklemme mit der Bezugsspannung; die Spannung an der Eingangsklemme wird auf einen Wert gesetzt, der niedriger als die Leitungsspannung (Versorgungsspannung) ist, wenn die Eingangsschaltung ordnungsgemäß arbeitet, wogegen sie auf die Leitungsspannung gesetzt wird, wenn bei der Eingangsschaltung ein Unterbrechungsausfall aufgetreten ist; und die Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung stellt den Unterbrechungsausfall der Eingangsschaltung auf der Grundlage der Spannung an der Eingangsklemme und des Vergleichsergebnisses von der Komparatorschaltung fest.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Ausgangsschnittstellenschaltung der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine einen Widerstand auf, der zwischen die Ausgangsklemme für den Klopfimpuls und Masse eingefügt ist; die Eingangsschnittstellenschaltung weist eine Bezugsspannungserzeugungsschaltung zur Erzeugung der Bezugsspannung zwischen der Spannung mit niedrigem Pegel des Klopfimpulses und Masse auf, und eine Komparatorschaltung zum Vergleichen der Spannung an der Eingangsklemme mit der Bezugsspannung; die Spannung an der Eingangsklemme wird auf einen Wert eingestellt, der höher als das Massepotential ist, wenn die Eingangsschaltung ordnungsgemäß arbeitet, wogegen sie auf Massepotential gesetzt wird, wenn bei der Eingangsschaltung ein Massefehler aufgetreten ist; und die Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung stellt den Masseausfall der Eingangsschaltung auf der Grundlage der Spannung an der Eingangsklemme und des Vergleichsergebnisses von der Komparatorschaltung fest.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung der Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine fest, daß die Klopfsignalverarbeitungsschaltung ausgefallen ist, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal über einen vorbestimmten Zeitraum nicht empfangen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild, welches ein Beispiel für eine spezielle Ausbildung einer Klopfsignalverarbeitungsschaltung von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines speziellen Beispiels für eine in Fig. 2 gezeigte Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung;

Fig. 4 ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung des Betriebsablaufs bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Funktionsblockschaltbild zur Erläuterung eines Beispiels für eine spezielle Anordnung der Klopfsignalverarbeitungsschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Funktionsblockschaltbild zur Erläuterung eines Beispiels für eine spezielle Ausbildung der Klopfsignalverarbeitungsschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein Funktionsblockschaltbild zur Erläuterung eines Beispiels für eine spezielle Ausbildung der Klopfsignalverarbeitungsschaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Erläuterung spezieller Beispiele für eine Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung und eine Filtervorrichtung, die in Fig. 7 gezeigt sind;

Fig. 9 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ein Schaltbild, welches spezielle Beispiele für die Klopfsignalverarbeitungsschaltung und eine ECU gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 11 ein schematisches Blockschaltbild einer konventionellen Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine; und

Fig. 12 ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung des Betriebsablaufs bei der konventionellen Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr zusammen mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches schematisch den grundlegenden Aufbau der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt; Fig. 4 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches die Betriebssignalformen jeweiliger Signale (Spannungen) in Fig. 1 erläutert.

In den Zeichnungen sind gleiche Bauteile wie in Fig. 11 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und insoweit erfolgt hier nicht unbedingt eine erneute detaillierte Beschreibung.

In Fig. 1 ist eine Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20 mit einem Ende eines Widerstands R2 verbunden, welcher eine Ionenstrommeßschaltung bildet.

Die Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20 erzeugt ein Freischalt/Sperrerfassungssignal F, welches das Freischalten der Feststellung des Klopfens anzeigt, sowie einen Klopfimpuls KP, der das Auftreten von Klopfen einer Brennkraftmaschine anzeigt, auf der Grundlage eines Ionenstrommeßsignals Ei, und liefert diese an eine ECU 2A.

Die ECU 2A stellt die Verbrennungszustände an Zündkerzen 8a bis 8d auf der Grundlage des Ionenstrommeßsignals Ei, des Freischalt/Sperrerfassungssignals F und des Klopfimpulses KP auf der Grundlage eines Klopfsignals K fest, und stellt darüber hinaus das Vorhandensein von Klopfen bei der Brennkraftmaschine fest.

Fig. 2 ist ein Funktionsblockschaltbild, welches ein Beispiel für einen speziellen Aufbau der Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20 von Fig. 1 zeigt. In Fig. 2 entsprechen eine Filtervorrichtung 23 und eine Signalformvorrichtung 24 der Filterschaltung 13 bzw. der Signalformschaltung 14 von Fig. 11.

Die Filtervorrichtung 23 zieht als Klopfsignal K jenes Frequenzband ab, welches Klopfen bei der Brennkraftmaschine entspricht, und zwar von dem Ionenstrommeßsignal Ei; die Signalformvorrichtung 24 wandelt dann das Klopfsignal K in den Klopfimpuls KP um, welcher der ECU 2A zugeführt wird.

Die Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20 weist eine Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung 21 auf, die am Eingangsende der Filtervorrichtung 23 eingefügt ist, sowie eine Gateschaltung 22.

Die Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung 21 gibt ein Freischalt/Sperrerfassungssignal F aus, welches die Bereitschaft zur Feststellung des Klopfsignals K entsprechend dem Pegel des Ionenstrommeßsignals Ei anzeigt.

Die Gateschaltung 22, welche zwischen dem Widerstand R2 und der Filtervorrichtung 23 eingefügt ist, bildet eine Klopfsignalschaltvorrichtung; sie erlaubt, daß das Ionenstrommeßsignal Ei durch die Filtervorrichtung 23 hindurchgehen kann, um so die Ausgabe des Klopfsignals K nur dann freizuschalten, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal F das Freischalten des Meß- oder Erfassungszustands anzeigt, also einen hohen Pegel, wogegen sie verhindert, daß das Ionenstrommeßsignal Ei durch die Filtervorrichtung 23 hindurchgelangt, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal F die Sperrung des Erfassungszustands anzeigt, also einen niedrigen Pegel aufweist.

Fig. 3 zeigt schematisch ein spezielles Beispiel für die in Fig. 2 gezeigte Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung 21.

In Fig. 3 weist die Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung 21 eine Komparatorschaltung 21a auf, welche das Ionenstrommeßsignal Ei mit einem vorbestimmten Bezugspegel Er vergleicht, sowie eine Zeitgeberverarbeitungsschaltung 21b, welche das Freischalt/Sperrerfassungssignal F ausgibt, wenn das Ionenstrommeßsignal Ei ständig dem Bezugspegel Er für eine vorbestimmte Zeit τ überschreitet, entsprechend einem Vergleichsergebnis C, welches von der Komparatorschaltung 21a ausgegeben wird.

Der Betriebsablauf bei der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 wird nunmehr auf der Grundlage des Zeitablaufdiagramms von Fig. 4 beschrieben.

Die Zündzeitpunktregeloperation, die von der ECU 2A durchgeführt wird, und die Ionenstrommeßoperation, die von dem Widerstand R2 durchgeführt wird, sind ebenso wie voranstehend beschrieben, und werden daher hier nicht erneut beschrieben; die Beschreibung konzentriert sich auf den Betrieb nur der Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20, die sich von der voranstehend beschriebenen Schaltung unterscheidet.

In der Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung 21 (vgl. Fig. 2) der Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20 vergleicht die in Fig. 3 gezeigte Komparatorschaltung 21a das Ionenstrommeßsignal Ei mit dem Bezugspegel Er, und gibt das Vergleichsergebnis C aus, welches über einen Zeitraum einen hohen Pegel aufweist, wenn Ei größer als Er ist. Die Zeitgeberverarbeitungsschaltung 21b gibt das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf hohem Pegel aus, wenn das Vergleichsergebnis C über den vorbestimmten Zeitraum τ auf hohem Pegel bleibt, und entfernt den Zeitraum des Rauschsignals En als Signal, welches über den Zeitraum einen niedrigen Pegel aufweist.

Das Freischalt/Sperrerfassungssignal F ist daher nur dem Ionenstrommeßsignal Ei unmittelbar nach der Zündung zugeordnet, und wird in ein Impulssignal umgewandelt, welches den hohen Pegel anzeigt, was die Bereitschaft zur Feststellung von Klopfen bedeutet.

Die Gateschaltung 22 wird durch das Freischalt/Sperrerfassungssignal F über den Zeitraum geöffnet, welcher nur dem Ionenstrommeßsignal Ei nach der Verbrennung entspricht; sie liefert das Ionenstrommeßsignal Ei an die Filtervorrichtung 23.

Während das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf dem niedrigen Pegel bleibt, ist die Gateschaltung 22 abgeschaltet, um die Eingabe des Ionenstrommeßsignals Ei in die Filtervorrichtung 23 zu verhindern.

Das Rauschsignal En, welches beim Anstieg des Zündsignals P erzeugt wird, also zu Zeitpunkt der Stromversorgung der Zündspule 4, und bei dessen Absinken, also zum Zeitpunkt der Abschaltung der Zündspule 4, ist daher aus dem Klopfsignal K entfernt, so daß der Klopfimpuls KP überhaupt nicht beeinflußt wird.

Das Freischalt/Sperrerfassungssignal F maskiert daher den Zeitraum, in welchem das Rauschsignal En erzeugt wird, was es ermöglicht, mit der einfachen Schaltungsausbildung der Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20 ein verbessertes Signal-Rauschverhältnis des Klopfimpulses KP zu erzielen. Dies ermöglicht es der ECU 2A, das Auftreten von Klopfen mit hoher Verläßlichkeit zu bestimmen, auf der Grundlage des äußerst exakten Klopfimpulses KP, ohne daß die ECU mit zusätzlicher Arithmetikverarbeitung belastet wird.

Die ECU 2A ist auch dazu fähig, die Klopfintensität für jeden Zündzyklus zu bestimmen, entsprechend dem Zählwert und der Dauer des Klopfimpulses KP, um so den Zündzeitpunkt zu korrigieren.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

Bei der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform wurde der Klopfimpuls KP als Klopfinformation an die ECU 2A geliefert; statt dessen kann allerdings auch das Klopfsignal K geliefert werden.

In einem derartigen Fall würde die ECU 2A die Klopfintensität für jeden Zündzyklus auf der Grundlage hauptsächlich der Dauer und des Spitzenwertes des Klopfsignals K bestimmen.

Obwohl die Signalformvorrichtung 24 zur Bereitstellung des Klopfimpulses KP in der Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20 bei der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, kann sie statt dessen auch alternativ hierzu in der ECU 2A vorgesehen sein.

DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM

Das Anlegen des Freischalt/Sperrerfassungssignals F an die ECU 2A wurde nicht besonders beschrieben; das Freischalt/Sperrerfassungssignal F kann als Freischaltsignal zur Beurteilung einer Fehlzündung in der ECU 2A verwendet werden.

VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM

Bei der ersten Ausführungsform war die Gateschaltung 22 zum Freischalten bzw. Sperren des Klopfsignals K zwischen der Ionenstrommeßschaltung, welche den Widerstand R2 enthält, und der Filtervorrichtung 23 vorgesehen; alternativ hierzu kann die Gateschaltung 22 allerdings auch am Ausgangsende der Filtervorrichtung 23 vorgesehen sein, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, welches eine Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20A gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

In Fig. 5 reagiert die Gateschaltung 22 in der Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20A auf das Freischalt/Sperrerfassungssignal F und liefert selektiv das von der Filtervorrichtung 23 empfangene Klopfsignal K an eine Signalformschaltung 24.

Im einzelnen läßt, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal F einen freigeschalteten Meßzustand anzeigt, also einen hohen Pegel aufweist, die Gateschaltung 22 das Klopfsignal K hindurchgehen, und schaltet es daher frei; wenn dagegen das Freischalt/Sperrerfassungssignal F einen gesperrten Meßzustand anzeigt, also einen niedrigen Pegel aufweist, so verhindert die Gateschaltung 22, daß das Klopfsignal K hindurchgeht, und sperrt es daher.

Die vorliegende Ausführungsform ist auch dazu befähigt, den Zeitraum, in welchem das in Fig. 4 gezeigte Rauschsignal En erzeugt wird, aus dem freigeschalteten Meßzeitraum zu entfernen, so daß derselbe Betrieb und dieselben Vorteile wie voranstehend geschildert erzielt werden.

FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM

Bei der voranstehend geschilderten vierten Ausführungsform wurde die Gateschaltung 22 als Klopfsignalschaltvorrichtung verwendet; alternativ hierzu kann auch, wie in Fig. 6 gezeigt, eine Logikoperationsvorrichtung verwendet werden.

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, welches eine Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20B gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.

In Fig. 6 ist eine Logikoperationsvorrichtung 25 in der Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20B am Ausgangsende der Signalformschaltung 24 vorgesehen; sie gibt das logische Produkt des einer Signalformung unterworfenen Klopfsignals und des Freischalt/Sperrerfassungssignals F als endgültigen Klopfimpuls KP aus.

Auch bei dieser Ausführungsform beeinflußt das in Fig. 4 gezeigte Rauschsignal En nicht den Klopfimpuls KP, so daß derselbe Betrieb und dieselben Vorteile wie voranstehend geschildert erhalten werden.

SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Bei der voranstehend geschilderten fünften Ausführungsform wurde die Logikoperationsvorrichtung 25 als Klopfsignalverarbeitungsschaltung verwendet; die Logikoperationsvorrichtung kann jedoch durch eine Filtervorrichtung 23C ersetzt werden, deren Ausgangscharakteristik in Reaktion auf das Freischalt/Sperrerfassungssignal F umgeschaltet wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, welches eine Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20C gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung darstellt.

In Fig. 7 weist die Filtervorrichtung 23C in der Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20C eine Filtercharakteristikänderungsvorrichtung auf, welche als die Klopfsignalschaltvorrichtung dient; sie gibt beispielsweise selektiv das Klopfsignal K aus, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal F einen hohen Pegel aufweist.

Fig. 8 ist ein Schaltbild, welches spezielle Beispiele für die Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung 21 und die Filtervorrichtung 23C von Fig. 7 zeigt.

In Fig. 8 sind mit dem Emitter an Masse gelegte NPN-Transistoren 21c und 21d am Ausgangsende der Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung 21 vorgesehen, welche aus einer Komparatorschaltung 21a und einer Zeitgeberverarbeitungsschaltung 21b besteht.

Das Freischalt/Sperrerfassungssignal F wird an die Basis des NPN-Transistors 21c in der Eingangsstufe angelegt, der Kollektor des NPN-Transistors 21c ist mit der Basis des NPN-Transistors 21d in der nächsten Stufe verbunden, und der Kollektor des NPN-Transistors 21d ist an das Ausgangsende der Filtervorrichtung 23C angeschlossen, um so die Ausgangscharakteristik der Filtervorrichtung 23C umzuschalten.

Die Filtervorrichtung 23C weist ein Hochpaßfilter auf, welches aus einem Kondensator 23a und einem Widerstand 23b besteht, sowie ein Tiefpaßfilter, welches aus einem Widerstand 23c und einem Kondensator 23d besteht.

Das aus den Teilen 23a und 23b bestehende Hochpaßfilter in der Eingangsstufe entfernt eine Gleichspannungskomponente aus dem Ionenstrommeßsignal Ei, wogegen das aus den Teilen 23c und 23d bestehende Tiefpaßfilter Rauschen aus dem Ionenstrommeßsignal Ei entfernt, so daß nur Klopfschwingungen durchgelassen werden.

Bei dieser Ausführungsform ist in dem Zeitraum, in welchem das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf dem niedrigen Pegel bleibt, also die Klopfbestimmung gesperrt ist, der NPN-Transistor 21c ausgeschaltet, dagegen der NPN-Transistor 21d eingeschaltet; der Ausgang des aus den Teilen 23c und 23d bestehenden Tiefpaßfilters ist daher über den NPN-Transistor 21d an Masse gelegt.

Das Ausgangssignal der Filtervorrichtung 23C wird daher dadurch maskiert, daß es auf Massepegel gehalten wird, wodurch verhindert wird, daß das Klopfsignal K an eine Signalformvorrichtung 24 in der nächsten Schaltungsstufe weitergeleitet wird.

In dem Zeitraum, in welchem das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf dem hohen Pegel liegt, also die Klopfbestimmung freigeschaltet ist, ist der NPN-Transistor 21c eingeschaltet, wogegen der NPN-Transistor 21d ausgeschaltet ist; daher gibt die Filtervorrichtung 23C das Klopfsignal K aus, und liefert die Signalformvorrichtung 24 den Klopfimpuls KP an die ECU 2A.

Das Klopfsignal K wird daher maskiert, um zu verhindern, daß das Rauschsignal En die Schaltung in der nächsten Stufe beeinflußt, während des Zeitraums, in welchem die Klopfbestimmung gesperrt ist, wogegen das Klopfsignal K nur während des Zeitraums ausgegeben wird, in welchem die Klopfbestimmung freigeschaltet ist. Das in Fig. 4 gezeigte Rauschsignal En beeinflußt daher den Klopfimpuls KP nicht, was zu einem verbesserten Signal-Rauschverhältnis für die Feststellung von Klopfen führt.

Wenn die Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20C nicht die Signalformvorrichtung 24 enthält, dann wird das Klopfsignal K von der Filtervorrichtung 23C wie voranstehend beschrieben direkt an die ECU 2A geliefert.

SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM

Bei der voranstehend geschilderten sechsten Ausführungsform wurde in Reaktion auf das Freischalt/Sperrerfassungssignal F das Klopfsignal K während des Zeitraums maskiert, in welchem die Klopfbestimmung gesperrt war, um zu verhindern, daß das Klopfsignal K von der Filtervorrichtung 23C ausgegeben wird; alternativ hierzu kann jedoch auch der Ausgangspegel der Filtervorrichtung 23C angehoben oder abgesenkt werden, in Reaktion auf das Freischalt/Sperrerfassungssignal F.

Fig. 9 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung des Betriebs einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Ausgangsverstärkung der Filtervorrichtung 23C variabel ist. Das Blockschaltbild der siebten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform senkt die Filtercharakteristikänderungsvorrichtung in der Filtervorrichtung 23C die Ausgangsverstärkung auf einen Signalformpegel Kr oder weniger der Signalformvorrichtung 24 während des Zeitraums ab, in welchem das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf niedrigem Pegel liegt, wogegen sie die Ausgangsverstärkung auf einen Normalwert während des Zeitraums erhöht, in welchem das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf dem hohen Pegel liegt.

Im einzelnen ändert die Filtervorrichtung 23C die Filtercharakteristik in dem Zeitraum, in welchem das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf niedrigem Pegel liegt, also die Klopfbestimmung gesperrt ist, und senkt den Pegel des Ausgangssignals, nämlich des Klopfsignals K, des Frequenzbandes, welches dem Klopfen entspricht, auf den Signalformpegel Kr oder noch weiter herunter ab, wie in Fig. 9 gezeigt ist.

In dem Zeitraum, in welchem sich das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf dem hohen Pegel befindet, also die Klopfbestimmung freigeschaltet ist, gibt die Filtervorrichtung 23C das Klopfsignal K mit der normal hohen Ausgangsverstärkung aus, so daß die Signalformvorrichtung 24 den Klopfimpuls KP an die ECU 2A liefert.

Während des Zeitraums, in welchem die Klopfbestimmung gesperrt ist, wird daher der Ausgangspegel des Klopfsignals K abgesenkt, um die Einflüsse auszuschalten, die von dem Rauschsignal En auf die Schaltung der darauffolgenden Stufe ausgeübt werden, und wird das Klopfsignal K mit normalem Pegel nur während des Zeitraums ausgegeben, in welchem die Klopfbestimmung freigeschaltet ist. Daher beeinflußt das Rauschsignal En nicht den Klopfimpuls KP, wodurch ein verbessertes Signal-Rauschverhältnis bei der Klopfbestimmung erreicht wird.

ACHTE AUSFÜHRUNGSFORM

Bei den voranstehend geschilderten ersten bis siebten Ausführungsformen wurde Ausfällen keine besondere Bedeutung beigemessen, beispielsweise einer Unterbrechung oder einem Massefehler der Eingangsschaltung der ECU, welche die Klopfsignalverarbeitungsschaltungen 20, 20A bis 20C umfaßt, und des Signalpfades, welcher die Klopfsignalverarbeitungsschaltungen mit der ECU verbindet; es kann eine Anordnung getroffen werden, die Ausfälle der Eingangsschaltung einschließlich der Klopfsignalverarbeitungsschaltung und des Signalpfades dadurch festzustellen, daß auf den Eingangspegel des Klopfimpulses KP Bezug genommen wird.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches den wesentlichen Abschnitt einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, bei welcher eine Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung in einer ECU 2D vorgesehen ist; hierbei ist speziell eine Ausgangsschnittstellenschaltung 20a einer Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20D und eine Eingangsschnittstellenschaltung 2a der ECU 2D gezeigt. Die nicht dargestellten Teile entsprechen der Anordnung gemäß Fig. 1 bis 3.

In Fig. 10 weist die Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20D die Ausgangsschnittstellenschaltung 20a auf, die am Ausgangsende einer Signalformvorrichtung 24 eingefügt ist; sie liefert einen Klopfimpuls KQ über die Ausgangsschnittstellenschaltung 20a an die ECU 2D.

Die ECU 2D stellt Ausfälle einschließlich einer Unterbrechung der Eingangsschaltung auf der Grundlage des Klopfimpulses KQ fest, der über die Eingangsschnittstellenschaltung 2a empfangen wird.

Die Ausgangsschnittstellenschaltung 20a weist zweistufige, mit dem Emitter an Masse gelegte NPN-Transistoren 30 und 31 auf, einen Kondensator 32, der zwischen dem Kollektor des NPN-Transistors 31 und Masse eingefügt ist, sowie einen Widerstand 33, der parallel zum Kondensator 32 geschaltet ist.

Der in Fig. 9 gezeigte Klopfimpuls KP wird an die Basis des NPN-Transistors 30 angelegt; das Ausgangssignals des Kollektors des NPN-Transistors 31 legt den Ausgangspegel des Klopfimpulses KQ auf den hohen Pegel fest, wenn kein Klopfen auftritt.

Die Eingangsschnittstellenschaltung 2a weist auf: einen Widerstand 35, der zwischen einer Eingangsklemme 34 des Klopfimpulses KQ und die Spannungsversorgung der ECU 2D eingefügt ist; eine Bezugsspannungserzeugungsschaltung 36, die aus einem Paar von Spannungsteilerwiderständen besteht, die eine Bezugsspannung VR zwischen dem hohen Pegel des Klopfimpulses KQ und der Leitungsspannung (Versorgungsspannung) erzeugen; und eine Komparatorschaltung 37, welche die Spannung einer Eingangsklemme 34 mit der Bezugsspannung VR vergleicht.

Die ECU 2D ist mit einer Arithmetikoperationsvorrichtung 38 versehen, welcher die Spannung an der Eingangsklemme 34 und ein Vergleichsergebnis CK von der Komparatorschaltung 37 zugeführt werden.

Die Arithmetikoperationsvorrichtung 38 kann ein Kurbelwinkelsignal SGT empfangen, die Betriebszustandssignale von verschiedenen Sensoren 3, ein Ionenstrommeßsignal Ei, ein Freischalt/Sperrerfassungssignal F, den Klopfimpuls KP, usw., zusätzlich zur Spannung an der Eingangsklemme 34 und zum Vergleichsergebnis CK, welches von der Komparatorschaltung 37 zur Verfügung gestellt wird.

Die Arithmetikoperationsvorrichtung 38 ist mit der voranstehend erwähnten Brennkraftmaschinensteuer- oder -regelfunktion versehen, und weist weiterhin die Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung auf; sie bestimmt einen Ausfall oder die ordnungsgemäße Funktion der Eingangsschaltung der ECU 2D einschließlich der Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20D und deren Signalpfad auf der Grundlage der Spannung an der Eingangsklemme 34, also des Klopfimpulses KQ, und des Vergleichsergebnisses CK.

Wenn die Eingangsschaltung der ECU 2D einschließlich das Signalpfades in Ordnung ist, wird die Spannung des Kollektors des NPN-Transistors 31, also die Spannung an der Eingangsklemme 34, auf einen Wert eingestellt, der niedriger als die Leitungsspannung (Versorgungsspannung) ist, infolge des Spannungsteilerbetriebs durch den Widerstand 35 in der Eingangsschnittstellenschaltung 2a und dem Widerstand 33 in der Ausgangsschnittstellenschaltung 20a.

Die Spannung auf hohem Pegel des Klopfimpulses KQ, wenn der NPN-Transistor 31 ausgeschaltet ist, wird daher durch die Widerstände 33 und 35 geteilt, und sinkt auf einen Wert unterhalb der Leitungsspannung (Versorgungsspannung) ab.

Der niedrige Spannungspegel des Klopfimpulses KQ, wenn der NPN-Transistor 31 eingeschaltet ist, wird durch den Widerstand einschließlich des Einschaltwiderstands des NPN-Transistors 31 und den Widerstand 35 geteilt, und steigt auf eine Spannung, die höher ist als Massepotential.

Wenn bei der Eingangsschaltung ein Unterbrechungsausfall aufgetreten ist, wird die Spannung an der Eingangsklemme 34, die an die Spannungsversorgung der ECU über den Widerstand 35 angeschlossen ist, auf die Leitungsspannung (Versorgungsspannung) gesetzt.

Die Operation der Feststellung eines Schaltungsausfalls bei der achten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 10 gezeigt ist, wird nunmehr im einzelnen beschrieben.

Die Arithmetikoperationsvorrichtung 38 kann einen Schaltungsausfall entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und dem Freischalt/Sperrerfassungssignal F bestimmen.

Wenn beispielsweise die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine abgeschaltet oder unterbrochen wurde, dann wird das Ionenstrommeßsignal Ei nicht ausgegeben; das Freischalt/Sperrerfassungssignal F sollte daher den niedrigen Pegel aufweisen, was bedeutet, daß die Klopfbestimmung gesperrt ist.

Wenn allerdings das Freischalt/Sperrerfassungssignal F ständig den hohen Pegel aufweist, was bedeutet, daß die Klopfbestimmung freigeschaltet ist, wenn die Kraftstoffversorgung unterbrochen wurde, so kann die Arithmetikoperationsvorrichtung 38 in der ECU 2D bestimmen, daß ein Fehler in der Eingangsschaltung aufgetreten ist, welche die Ionenstrommeßschaltung und die Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20 umfaßt.

Wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine stabil ist, mit geringen Schwankungen der Drehzahl, so sollte das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf hohem Pegel liegen, was bedeutet, daß die Klopfbestimmung freigeschaltet ist, für jeden Steuer- oder Regelzyklus.

Wenn jedoch das Freischalt/Sperrerfassungssignal F ständig den niedrigen Pegel aufweist, was bedeutet, daß die Klopfbestimmung gesperrt ist, dann kann die Arithmetikoperationsvorrichtung 38 feststellen, daß bei der Eingangsschaltung ein Ausfall aufgetreten ist.

Die Arithmetikoperationsvorrichtung 38 in der ECU 2D kann daher entscheiden, daß sie nicht exakt einen Ausfall der Eingangsschaltung bestimmen kann, sie also nicht ein genaues Ionenstrommeßsignal Ei oder den Klopfimpuls KP erlangen kann, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal F den niedrigen Pegel während eines Zeitraums aufweist, an welchem es auf hohen Pegel liegen sollte, oder wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal F den hohen Pegel während eines Zeitraums aufweist, in welchem es den niedrigen Pegel aufweisen sollte.

Wenn ein Ausfall in den voranstehend geschilderten Zuständen festgestellt wird, dann entscheidet die ECU 2D, daß das Ionenstrommeßsignal Ei und der Klopfimpuls KP nicht verläßlich sind, und unterbricht die Steuer- oder Regelkorrektur zur Unterdrückung von Rauschen, die auf dem Klopfimpuls KQ beruht, und löst einen Alarm oder dergleichen, nicht gezeigt, aus, um das Auftreten des Fehlers anzuzeigen.

Wenn der Signalleiter, welcher die Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20D mit der ECU 2D verbindet, unterbrochen ist, dann weist die Spannung an der Eingangsklemme 34 der ECU 2D ständig den Wert der Leitungsspannung (Versorgungsspannung) auf, unabhängig vom Vorhandensein des Klopfimpulses KQ.

Zu diesem Zeitpunkt vergleicht die Komparatorschaltung 37 die Spannung an der Eingangsklemme 34 mit der Bezugsspannung VR, die höher als der hohe Pegel des Klopfimpulses KQ, jedoch niedriger als die Leitungsspannung oder Versorgungsspannung, und wenn sie feststellt, daß die Spannung an der Eingangsklemme 34 die Bezugsspannung VR überschreitet, dann stellt sie das Vergleichsergebnis CK auf den hohen Pegel ein.

Die Arithmetikoperationsvorrichtung 38 erkennt daher, daß die Spannung an der Eingangsklemme 34 auf die Leitungsspannung oder Versorgungsspannung angestiegen ist, und kann einfach und wirksam den Unterbrechungsausfallzustand der Eingangsschaltung bestimmen, also den Zustand, in welchem kein Klopfimpuls KQ erhalten wird.

Wenn der voranstehend geschilderte Unterbrechungsausfall festgestellt wurde, wird die Klopfbestimmung gesperrt; daher wird der Sicherheit eine hohe Priorität gegeben, wobei die Möglichkeit des Auftretens von Klopfen berücksichtigt wird. Dies ermöglicht es der Arithmetikoperationsvorrichtung 38, den Zündzeitpunkt zu verzögern, um das Klopfen zu unterdrücken.

Die Arithmetikoperationsvorrichtung 38 in der ECU 2D kann daher einen Ausfall der Eingangsschaltung der ECU 2D bestimmen, auf der Grundlage zumindest entweder des Freischalt/Sperrerfassungssignals F oder des Klopfimpulses KQ.

NEUNTE AUSFÜHRUNGSFORM

Bei der achten Ausführungsform wurde die Unterbrechung der Eingangsschaltung durch den Anstieg der Spannung an der Eingangsklemme 34 auf den Wert der Leitungsspannung oder Versorgungsspannung bestimmt; der Massefehler der Eingangsschaltung kann durch den Abfall der Spannung an der Eingangsklemme 34 auf Massepotential ermittelt werden.

In diesem Fall erzeugt die Bezugsspannungserzeugungsschaltung 36 in der Eingangsschnittstellenschaltung 2a eine Bezugsspannung zwischen der Spannung auf niedrigem Pegel des Klopfimpulses KQ und dem Massepotential, und gibt die Komparatorschaltung 37 das Vergleichsergebnis CK mit hohem Pegel aus, wenn die Spannung an der Eingangsklemme 34 auf die Bezugsspannung oder darunter absinkt.

Als Alternative können zwei Leitungen für Bezugsspannungen und Komparatorschaltungen vorgesehen werden, um sowohl einen Unterbrechungsausfall als auch einen Masseausfall abzudecken, so daß sowohl ein Unterbrechungsausfall als auch ein Masseausfall festgestellt werden können.

In diesem Fall kann die Komparatorschaltung 37 durch einen Fensterkomparator gebildet werden, um so das Vergleichsergebnis CK mit hohem Pegel auszugeben, wenn eine Abweichung von dem Bereich stattfindet, der durch einen Bezugsspannungswert einer Untergrenze und einen Bezugsspannungswert einer Obergrenze festgelegt ist.

ZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM

Bei der voranstehend geschilderten achten Ausführungsform wurden die Schaltungsausfälle auf der Grundlage der Betriebszustandssignale und des Freischalt/Sperrerfassungssignals F festgestellt. Alternativ hierzu können jedoch die Schaltungsausfälle auch auf der Grundlage des Freischalt/Sperrerfassungssignals F und des Klopfimpulses KQ oder KP festgestellt werden, oder können die Schaltungsausfälle auf der Grundlage nur des Freischalt/Sperrerfassungssignals F bestimmt werden.

Beispielsweise kann bestimmt werden, daß die Klopfsignalverarbeitungsschaltung 20 oder 20A bis 20D ausgefallen ist, wenn der Klopfimpuls KQ erzeugt wird, trotz der Tatsache, daß das Freischalt/Sperrerfassungssignal F auf niedrigem Pegel liegt, was bedeutet, daß die Klopfbestimmung gesperrt ist, oder wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal F über einen vorbestimmten Zeitraum nicht empfangen wird.

ELFTE AUSFÜHRUNGSFORM

Bei den voranstehend geschilderten ersten bis zehnten Ausführungsformen wurde ein Beispiel geschildert, bei welchem die Hochspannung für die Zündung an jeden Zylinder verteilt wird; allerdings kann auch eine Niederspannung verteilt werden, und es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch bei der Gruppenzündung eingesetzt werden kann, bei welcher eine Zündung für jede Gruppe von Zylindern durchgeführt wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Feststellung eines Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, welche aufweist:
eine Zündspule (4) zur Erzeugung einer Hochspannung (V2) für die Zündung;
eine Zündkerze (8a bis 8d) zum Zünden eines Kraft stoff-Luftgemisches in einen Zylinder der Brennkraftmaschine mittels Entladung unter Anlegen der Hochspannung (V2) für die Zündung;
eine Ionenstrommeßschaltung, welche eine Vorspannungsvorrichtung zum Anlegen einer Vorspannung an die Zündkerze (8a bis 8d) aufweist, und als Ionenstrommeßsignal (Ei) den Ionenstrom (i) entsprechend der Menge an Ionen feststellt, die in den Zylinder unmittelbar nach der Verbrennung des Kraft stoff-Luftgemisches erzeugt werden;
eine Klopfsignalverarbeitungsschaltung (20), welche ein Klopfsignal (K) erzeugt, welches den Zustand des Auftretens von Klopfen in der Brennkraftmaschine anzeigt, auf der Grundlage des Ionenstrommeßsignals (Ei); und
eine ECU (2), welche Steuer- oder Regelparameter für die Brennkraftmaschine berechnet, und auch den Verbrennungszustand an der Zündkerze (8a bis 8d) auf der Grundlage des Ionenstrommeßsignals (Ei) und des Klopfsignals (K) feststellt, wobei die Klopfsignalverarbeitungsschaltung (20) aufweist:
eine Filtervorrichtung (23) zum Abziehen eines Frequenzbandes, welches dem Klopfen der Brennkraftmaschine entspricht, aus dem Ionenstrommeßsignal (Ei),
eine Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung (21) zur Ausgabe eines Freischalt/Sperrerfassungssignals (F), welches anzeigt, ob die Erfassung des Klopfsignals (K) freigeschaltet oder gesperrt ist, entsprechend dem Ionenstrommeßsignal (Ei), und
eine Klopfsignalschaltvorrichtung zum Freischalten der Ausgabe des Klopfsignals nur dann, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal (F) einen freigeschalteten Erfassungszustand anzeigt.

2. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freischalt/Sperrerfassungsbestimmungsvorrichtung (21) aufweist:
eine Komparatorschaltung (21a) zum Vergleichen des Ionenstrommeßsignals (Ei) mit einem vorbestimmten Bezugspegel (Er); und
eine Zeitgeberverarbeitungsschaltung (21b), welche das Freischalt/Sperrerfassungssignal (F) entsprechend einem Vergleichsergebnis ausgibt, welches von der Komparatorschaltung (21a) abgegeben wird, wenn das Ionenstrommeßsignal (Ei) ständig den Bezugspegel (Er) über einen vorbestimmten Zeitraum überschreitet.

3. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopfsignalschaltvorrichtung:
eine Gateschaltung (22) aufweist, die zwischen die Ionenstrommeßvorrichtung die Filtervorrichtung (23) eingefügt ist;
das Ionenstrommeßsignal (Ei) der Filtervorrichtung (23) zuführt, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal (F) den freigeschalteten Erfassungszustand anzeigt; und
die Eingabe des Ionenstrommeßsignals (Ei) in die Filtervorrichtung (23) verhindert, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal (F) einen gesperrten Erfassungszustand anzeigt.

4. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopfsignalschaltvorrichtung:
eine Gateschaltung (22) aufweist, die am Ausgangsende der Filtervorrichtung (23) vorgesehen ist;
die Ausgabe des Klopfsignals freischaltet, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal (F) den freigeschalteten Erfassungszustand anzeigt; und
die Ausgabe des Klopfsignals (K) verhindert, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal (F) den gesperrten Erfassungszustand anzeigt.

5. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopfsignalschaltvorrichtung:
eine Logikoperationsvorrichtung (25) aufweist, die am Ausgangsende der Filtervorrichtung (23) vorgesehen ist; und
das Logikprodukt des Klopfsignals (K) und des Freischalt/Sperrerfassungssignals (F) als ein endgültiges Klopfsignal ausgibt.

6. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopfsignalschaltvorrichtung:
eine Filtercharakteristikänderungsvorrichtung aufweist, die in der Filtervorrichtung (23C) vorgesehen ist; und
den Ausgangspegel des Frequenzbands absenkt, welches dem Klopfen entspricht, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal (F) den gesperrten Erfassungszustand anzeigt.

7. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
die Klopfsignalverarbeitungsschaltung (20) eine Signalformvorrichtung (24) aufweist, die am Ausgangsende der Filtervorrichtung (23) vorgesehen ist; und
die Signalformvorrichtung (24) das Klopfsignal (K) mit einem vorbestimmten Signalformpegel vergleicht, um es in einen Klopfimpuls (KP) umzuwandeln, der an die ECU (2) angelegt wird.

8. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß:
die ECU (2D) eine Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung aufweist, welche einen Ausfall einer Eingangsschaltung der ECU (2D) auf der Grundlage zumindest entweder des Freischalt/Sperrerfassungssignals (F) oder des Klopfimpulses (KP) feststellt; und
die Eingangsschaltung die Klopfsignalverarbeitungsschaltung und einen Signalpfad aufweist, welcher die Klopfsignalverarbeitungsschaltung (20D) und die ECU (2D) verbindet.

9. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß:
die Klopfsignalverarbeitungsschaltung (20D) eine Ausgangsschnittstellenschaltung (20a) aufweist, um den Klopfimpuls (KQ) auf einem Spannungspegel zwischen der Versorgungsspannung der ECU (2D) und Masse auszugeben;
die ECU (2D) eine Eingangsschnittstellenschaltung (2a) aufweist, die mit einer Eingangsklemme (34) versehen ist, an welche der Klopfimpuls (KQ) angelegt wird;
die Spannung der Eingangsklemme (34) auf einen vorbestimmten Pegel eingestellt wird, der sich von dem Spannungspegel des Klopfimpulses (KQ) unterscheidet, wenn die Eingangsschaltung ausgefallen ist; und
die Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung zumindest entweder einen Unterbrechungsausfall oder einen Massefehler der Eingangsschaltung auf der Grundlage der Spannung an der Eingangsklemme (34) feststellt.

10. Vorrichtung zur Feststellung eines Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschnittstellenschaltung (2a) aufweist:
einen Widerstand (35), der zwischen die Eingangsklemme (34) und die Spannungsversorgung der ECU (2D) eingefügt ist;
eine Bezugsspannungserzeugungsschaltung (36) zur Erzeugung einer Bezugsspannung (VR) zwischen der Spannung auf hohem Pegel des Klopfimpulses (KQ) und der Versorgungsspannung; und
eine Komparatorschaltung (37) zum Vergleichen der Spannung an der Eingangsklemme (34) mit der Bezugsspannung (VR);
wobei die Spannung an der Eingangsklemme (34) auf einen Wert eingestellt wird, der niedriger als die Versorgungsspannung ist, wenn die Eingangsschaltung in Ordnung ist, dagegen auf den Wert der Versorgungsspannung gesetzt wird, wenn bei der Eingangsschaltung ein Unterbrechungsausfall aufgetreten ist, und
die Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung den Unterbrechungsausfall der Eingangsschaltung auf der Grundlage der Spannung an der Eingangsklemme (34) und eines Vergleichsergebnisses bestimmt, welches von der Komparatorschaltung (37) ausgegeben wird.

11. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß:
die Ausgangsschnittstellenschaltung (20a) einen Widerstand (33) aufweist, der zwischen die Ausgangsklemme des Klopfimpulses und Masse eingefügt ist;
die Eingangsschnittstellenschaltung (2a) aufweist:
eine Bezugsspannungserzeugungsschaltung (36) zur Erzeugung einer Bezugsspannung (VR) zwischen der Spannung auf niedrigem Pegel des Klopfimpulses (KQ) und Masse, und
eine Komparatorschaltung (37) zum Vergleichen der Spannung an der Eingangsklemme (34) mit der Bezugsspannung (VR);
wobei die Spannung an der Eingangsklemme (34) auf einen Wert eingestellt wird, der höher als das Massepotential ist, wenn die Eingangsschaltung in Ordnung ist, wogegen sie auf das Massepotential eingestellt wird, wenn bei der Eingangsschaltung ein Massefehler aufgetreten ist; und
die Schaltungsausfallbestimmungsvorrichtung den Massefehler der Eingangsschaltung auf der Grundlage der Spannung an der Eingangsklemme (34) und eines Vergleichsergebnisses bestimmt, welches von der Komparatorschaltung (37) ausgegeben wird.

12. Vorrichtung zur Feststellung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsauswahlbestimmungsvorrichtung feststellt, daß die Klopfsignalverarbeitungsschaltung (20D) ausgefallen ist, wenn das Freischalt/Sperrerfassungssignal (F) über einen vorbestimmten Zeitraum nicht empfangen wird.