DE19755247A1 - Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern aus einem Ionenstromsignal bei Brennkraftmaschinen mit elektronischer Verstellung eines Zündzeitpunktes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern aus einem Ionenstromsignal bei Brennkraftmaschinen mit elektronischer Verstellung eines Zündzeitpunktes gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1.

Aus der DE 43 03 267 A1 ist eine Motorsteuervorrichtung zu entnehmen, die eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Motors, eine Ionenstrommeßeinrichtung zur Ermittlung des Ionenstroms und eine Fehlzündungsermittlungseinrichtung aufweist. Das hierbei angewendete Verfahren zur Erkennung von Fehlzündungen bzw. Zündaussetzern erfaßt zwar auch innerhalb eines Zeitfensters den Ionenstrom, jedoch wird bei diesem Verfahren nur die Amplitude der einzelnen Ionenstromwerte verglichen und das Zeitfenster derart gewählt, daß innerhalb des Zeitfensters kein Rauschen auftritt.

Das Zeitfenster ist jedoch so gelegt daß es zumindest teilsweise den Zündfunkenbereich erfaßt, also bei eingeschalteter Energieversorgung (Zündspulenantriebszeitraum) die Ionenstrommessung erfolgt. Die zeitliche Lage des Zeitfensters wird an ein Bezugspositionssignal gekoppelt, welches einen bestimmten Kurbelwinkel repräsentiert und daß mittels eines Winkelpositionsdetektors aus der Kurbelwinkel abgeleitet wird. Nach­ folgend wird mittels der Motorsteuervorrichtung der Zündzeitpunkt des Motors eingestellt.

Die Erfassung des Ionenstroms während der Zünddauer ist jedoch fehlerbehaftet, da die durch den Zündfunken hervorgerufene Ionisation von der durch eine sich anschließende Verbrennung nicht ohne weiteres trennen läßt.

Dieses Verfahren nach dem Stand der Technik weist darüber hinaus den erheblichen Nachteil auf, daß es bei einer kurbelwinkelpositionsbezogenen Steuerung des Zeitfensters und gleichzeitiger Verstellung des Zündzeit­ punktes zu sehr starken Unterschieden des Ionenstromssignals kommen kann. So ist beabsichtigt, die Zündzeitpunkte in einem so großen Bereich zu verändern, daß ein an eine Kurbelwinkelposition gekoppeltes Zeitfenster zum Teil den für die Aussetzererkennung relevanten Zeitbereich nur teilweise oder gar nicht erfaßt. Die Steuervorrichtung gemäß der DE 43 03 267 verändert daher den zum Vergleich dienenden Schwellwert in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkennung von Zünd­ aussetzern aus einem Ionenstromsignal bei Brennkraftmaschinen mit elek­ tronischer Zündzeitpunktverstellung anzugeben, welches technisch einfach sowie störungssicher realisierbar ist und außerdem insbesondere auch für die Verstellung des Zündzeitpunktes geeignet ist.

Diese Aufgabe wurde durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Integration über ein Zeitfenster zu einem Integralwert werden Störungen weitgehend unterdrückt und ein Vergleich mit einem Schwellwert sicherer möglich. Da das Zeitfenster in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand dem Zündzeitpunkt nachgeführt wird, also außerhalb des Zündbereichs und kurbelpositionsunabhängig ist, wird immer der gleiche Bereich des Ionenstromsignals erfaßt und der Einfluß des Zünd­ funkens auf das Ionenstromsignal minimiert. Auch sehr extreme Verstellungen des Zündzeitpunktes, wie beispielsweise bei bestimmten Lastzuständen erwünscht, führen zu keiner Verfälschung des Ionen­ stromsignals und somit zu keinen Fehlern bei der Erkennung.

Um Zündaussetzer besonders gut erkennen zu können, erweist es sich als sehr vorteilhaft, daß Zeitfenster möglichst nah an das Zünddauerende zu bringen, da zu diesem Zeitpunkt bei der erfolgreichen Zündung durch die Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemischs eine besonders starke Ionisation erfolgt und damit das Ionenstromsignal besonders aussagekräftig ist.

Da der Verlauf des Ionenstromsignals, insbesondere die Dauer des signifikanten Bereichs des Ionenstromsignals, auch vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängig ist, erweist es sich für den Vergleich mit einem Schwellwert als sehr vorteilhaft, die Dauer des Zeitfensters ent­ sprechend zu verändern.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist dabei die Kopplung der Dauer des Zeitfensters an die Motordrehzahl, die in einem Kennfeld entsprechend abgespeichert ist. So hat es sich als besonders geeignet herausgestellt, bei niedrigen Drehzahlen eine Zeitfensterdauer von ca. 100 Grad Kurbelwinkel zu verwenden, was sich bis zum Drehzahlmaximum dann auf ca. 60 Grad Kurbelwinkel reduziert. Bei der Gradangabe in Kurbelwinkel bezieht sich diese jedoch nur auf die Dauer, nicht jedoch den Anfangszeitpunkt, der kurbelpositionsunabhängig ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeitlicher Verlauf des Ionenstromsignals und das Anwachsen des von Lage des Zeitfensters abhängigen Integralwertes während einer erfolgreichen Zündung,

Fig. 2 Ionenstrom, Zeitfenster und Integralwert bei einem Zünd­ aussetzer,

Fig. 3 Ionenstromsignal und Integralwert bei einem fest an eine Kurbelwinkelposition gekoppelten Zeitfenster,

Fig. 4 Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Fig. 1 zeigt den Verlauf des Ionenstroms i über die Zeit t sowie die Lage des Zeitfensters TF und den innerhalb diesem durch das Aufintegrieren des Ionenstromssignals i entstehenden Integralwert ∫ i dt. Die Lage des Zeit­ fensters TF ist dabei durch die Anfangszeit t2 und die Endzeit t3 bestimmt. Position und Dauer des Zeitfensters sind abhängig von dem Zündzeitpunkt t0 und der Zündfunkendauer T_zf, denn der Abstand ΔT zwischen dem Zünd­ zeitpunkt t0 und dem Zeitfensteranfang t2 wird entsprechend vorgegeben, wobei jedoch außerdem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine beim Abstand ΔT und insbesondere bei der Zeitfensterdauer TF berücksichtigt wird. Beginnt zum Zündzeitpunkt t0 die Zündung ZF, so setzt genau nach dem Abstand ΔT und somit unabhängig von der aktuellen Kurbelwinkel­ position das Zeitfenster ein. Das Zeitfenster TF ist dabei in seiner Breite so gewählt, daß es bei einer erfolgreichen Zündung sowohl die Ionenstrom­ signale der sich ausbreitenden Flammfront (1) als auch das Druckmaximum bei der nachfolgenden Verbrennung (2) erfaßt und wird entsprechend dem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepaßt. Einzig der eigentliche Zündfunken zwischen t0 und t1 wird ausgeblendet. Die sich unmittelbar an den Zündfunken anschließende und sich über ein verhältnis­ mäßig großes Zeitfenster TF, daß sich von 100 bis 60 Grad Kurbelwinkel Dauer in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand, bspw. der Drehzahl, erstreckt, wird auch durch atypische Zündverläufe und Störungen nicht beeinflußt, da sich diese über die Zeit ausgleichen. Die Zündung kann über einen großen Bereich vor oder nach dem oberen Totpunkt OT, in Fig. 1 an einen üblichen Punkt eingezeichnet, verschoben werden, ohne daß es zu einem Fehler beim Ionenstromsignal kommt.

Vergleicht man demgegenüber Fig. 2, welches den Fall einer Fehlzündung zeigt, so wird deutlich, daß im Falle der Fehlzündung, also des Zünd­ aussetzers, innerhalb des dem Zündzeitpunkt nachgeführten Zeitfensters nur ein geringes Rauschen beim Ionenstromsignal erfaßt und aufintegriert wird, so daß der Integralwert weit unter dem vorgegebenen Schwellwert liegt.

Betrachtet man demgegenüber den Fall eines sehr spät nach OT verlagerten Zündzeitpunktes t0 bei einem starr an der Kurbelwinkelposition ausgerichteten Zeitfensters, so wird deutlich, daß selbst bei einem sehr spät nach OT liegenden Zündzeitfensteranfang t2 der Zündfunken ZF zumindest noch teilweise von der Integration erfaßt und der entstehende Integralwert ∫ i dt somit sehr groß wird, da daß Ionenstromsignal während des elek­ trischen Zündens gegenüber dem Ionenstrom beim Verbrennen deutlich höher ist. Selbst ein Zündaussetzer, wie in Fig. 3 angedeutet, würde als eine erfolgreiche Zündung gewertet. Eine derart fehlerbehaftete Zünd­ aussetzererkennung würde zu ungünstigen Betriebszuständen und Schäden am Katalysator führen.

Hervorzuheben ist, daß als Zündzeitpunkt neben dem Zündzeitpunktanfang t0 natürlich in gleicher weise das Zündzeitpunktende t1 als Bezugszeitpunkt für das Zeitfenster verwendet werden kann, da zwischen beiden nur die bekannte Zündfunkendauer T_zf liegt.

Fig. 4 zeigt nun noch ergänzend ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Zündsteuerung 11 erhält Befehle 12 der Zündzeitpunktsteuerung und beeinflußt die Zündzeitpunkte entsprechend. Die Zündzeitpunkte werden dabei über eine Verbindung 13 an die Ionen­ stromerfassungseinheit 15 übertragen, welche darauf hin in dem vor­ bestimmten bzw. vorab ermittelten Abstand ΔT das Zeitfenster für die Integration des Ionenstromsignals i aktiviert. Die Dauer des Zeitfensters TF wird dabei aus wenigstens einem den Betriebszustand der Brennkraft­ maschine beschreibenden Parameter 14 (hier als Beispiel die Drehzahl n aufgeführt und weitere angedeutet) über ein Kennfeld aus dort ab­ gespeicherten Daten ermittelt und entsprechend verändert. Der so während des Zeitfensters ermittelte Integralwert ∫ i dt wird an die Zünd­ aussetzererkennung 16 weitergeleitet, die ihrerseits in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis mit einem Schwellwert 18 eines oder mehrere Zündaussetzeranzeigesignale 17 setzt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern bei Brennkraftmaschinen mit elektronischer Verstellung eines Zündzeitpunktes, bei dem ein einen Ionenstrom im Brennraum erfassendes Ionenstromsignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenstromsignal über ein Zeitfenster zu einem Integralwert integriert, der Integralwert mit einem Schwellwert verglichen und bei einem Integralwert, der kleiner als der Schwellwert ist, ein Zündaussetzer erkannt wird und daß das Zeitfenster in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand dem Zündzeitpunkt nachgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene zeitliche Abstand zwischen Zündzeitpunkt und dem Anfang des Zeitfensters nur geringfügig größer ist als die Zünddauer des Zünd­ funkens.

3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand vom Zündzeitende zum Anfang des Zeitfensters vorzugsweise nicht größer als 5 Grad Kurbelwinkel ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Zeitfensters in Abhängigkeit von einem den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine beschreibenden Parameter verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Steuereinheit jeweils aktuelle Meßwerte der Drehzahl als der den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine beschreibende Parameter zugeführt, dann mittels einem Kennfeld die Dauer des Zeitfensters ermittelt und das Zeitfenster entsprechend der im Kennfeld abgespeicherten Dauer verändert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Zeitfensters bei niedrigen Drehzahlen bei ca. 100 Grad Kurbelwinkel liegt und sich bis zum Drehzahlmaximum auf ca. 60 Grad Kurbelwinkel verkürzt.