DE19828153A1 - Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Der Offenbarungsgehalt der am 25. Juni 1997 eingereichten ja­ panischen Patentanmeldung Nr. HEI 9-168786 mit Beschreibung, Zeichnungen und Zusammenfassung wird hier in seiner Gesamt­ heit als Bezug aufgenommen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungs­ zustandserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, durch die ein Verbrennungszustand in einem Brennraum des Ver­ brennungsmotor auf Grundlage eines zwischen Masse und einer in dem Brennraum angeordneten Zündkerze fließenden Stroms er­ faßt wird.

In den japanischen Offenlegungsschriften Nr. HEI 4-148704 und 4-148076 sind eine Zündspule, eine Ionenstromerfassungsein­ heit und ein Schaltelement beschrieben, die in einer einzel­ nen, für alle Zylinder eines Verbrennungsmotors verwendeten Einheit integriert sind, um einen kompakten Aufbau zu erzie­ len und die Zahl der erforderlichen Komponententeile zu ver­ ringern, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird. In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 4-148076 ist eine Erfas­ sungsvorrichtung und eine Schaltvorrichtung beschrieben, die für jeden Zylinder eines Verbrennungsmotors in einer einzel­ nen Einheit integriert sind, um einen kompakten Aufbau zu er­ zielen und die Anzahl der erforderlichen Komponententeile zu verringern, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.

Bei der Erfassung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmo­ tor wird bei einem typischen Diagnosesystem ein Fehlzündungs­ diagnosesignal ausgegeben und eine Fehlzündungsdiagnoselampe eingeschaltet. Da jedoch die Fehlzündungsdiagnoselampe auf­ grund verschiedener Faktoren eingeschaltet werden kann, ist es schwierig, selbst bei eingeschalteter Diagnoselampe die Ursache einer Fehlzündungsdiagnose festzustellen. Ist bei­ spielsweise die Fehlzündungsdiagnoselampe aufgrund eines Kon­ taktfehlers eines Verbindungselements eingeschaltet, so ist die Ursache schwer feststellbar, wenn der Kontaktfehler des Verbindungselements eine geringe Reproduzierbarkeit aufweist. Da bei der in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. HEI 4-148074 beschriebenen Technologie verschiedene Komponenten für alle Zylinder in einer einzelnen Fehlzündungserfassungsein­ heit integriert sind, ist es schwierig, den eine Fehlzündung aufweisenden Zylinder festzustellen. Daher muß die gesamte, für alle Zylinder verwendete Fehlzündungserfassungseinheit ersetzt werden. Darüber hinaus ermöglicht diese Technologie kein Erfassen eines Drahtbruchs oder eines Kontaktfehlers ei­ nes Verbindungselements. Die in der japanischen Offenlegungs­ schrift Nr. HEI 4-148076 beschriebene Technologie ermöglicht beim Erfassen einer Fehlzündung ein getrenntes Überprüfen der Komponententeile für jeden Zylinder, wobei aber eine Erfas­ sung eines Drahtbruchs oder eines Kontaktfehlers eines Ver­ bindungselements nicht möglich ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verbren­ nungszustandserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmo­ tor bereitzustellen, durch die eine Fehlzündung in jedem Zy­ linder des Verbrennungsmotors erfaßt und ein Erfassungsfaktor wie beispielsweise ein Drahtbruch oder ein Kontaktfehler ei­ nes Verbindungselements, zusätzlich zu einer Fehlzündung, identifiziert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verbrennungszustandser­ fassungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1.

Erfindungsgemäß wird eine Verbrennungszustandserfassungsvor­ richtung für einen eine Vielzahl von Brennräumen aufweisenden Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Verbrennungszu­ standserfassungsvorrichtung eine zentrale Steuereinheit und eine Vielzahl unabhängiger Nebensteuereinheiten aufweist, wo­ bei jede der Nebensteuereinheiten einem entsprechenden Brenn­ raum zugeordnet und mit der zentralen Steuereinheit gekoppelt ist. Jede Nebensteuereinheit umfaßt eine in dem entsprechen­ den Brennraum angeordnete Zündkerze, eine Stromerfassungsein­ richtung zum Erfassen eines Stromflusses zwischen der ent­ sprechenden Zündkerze und Masse und zum Übertragen von Signa­ len zu der zentralen Steuereinheit, und eine Zündansteuerein­ richtung zum Ansteuern der entsprechenden Zündkerze. Die zen­ trale Steuereinheit erfaßt einen Verbrennungszustand des Mo­ tor auf Grundlage des von den Nebensteuereinheiten empfange­ nen Stromerfassungssignals und gibt Zündanweisungssignale an die Zündansteuereinrichtungen einer jeden Nebensteuereinheit aus, um das Ansteuern der Zündkerzen zu steuern. Durch diesen Aufbau kann das Senden und Empfangen von Signalen zwischen der zentralen Steuereinheit und der Stromerfassungseinrich­ tung für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors getrennt er­ folgen, so daß die Bestimmung einer Fehlzündung und anderer Fehlerfaktoren und das Identifizieren eines die Fehlzündung oder den Fehler aufweisenden Zylinders vereinfacht ist.

Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungszustandserfassungsvor­ richtung kann die Stromerfassungseinrichtung ein Spannungs­ signal erfassen, das einem Ionenstrom entspricht, der beim Ansteuern der Zündkerze auf Grundlage des Zündanweisungs­ signals der zentralen Steuereinrichtung auftritt. Darüber hinaus kann die Stromerfassungseinrichtung eine Signalumwand­ lungseinrichtung aufweisen zum Umwandeln des dem Ionenstrom entsprechenden erfaßten Spannungssignals in ein Stromsignal. Somit ist es möglich, ein Signal in die zentrale Steuerein­ richtung einzugeben, das einem beim Ansteuern der Zündkerze auftretenden Ionenstrom entspricht.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Verbrennungszustandser­ fassungsvorrichtung einen Aufbau aufweisen, bei dem die Si­ gnalumwandlungseinrichtung eine Ausgabeoffseteinrichtung um­ faßt zum Versetzen einer Ausgabe der Signalumwandlungsein­ richtung an die zentrale Steuereinrichtung in einen vorbe­ stimmten Bereich, und wobei die zentrale Steuereinrichtung ein Ausgangssignal der Signalumwandlungseinrichtung überwacht und feststellt, ob sich das Ausgangssignal innerhalb des vor­ bestimmten Bereichs befindet. Daher bestimmt die Vorrichtung, daß ein Fehler aufgetreten ist, wenn sich das Ausgangssignal nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, bei­ spielsweise beim Bruch eines mit der elektronischen Steuer­ einrichtung verbundenen Drahts, eines Kontaktfehlers eines Verbindungselements, oder dergleichen.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Verbrennungszustandser­ fassungsvorrichtung einen Aufbau aufweisen, bei dem, bezüg­ lich eines jeden Zylinders, dann, wenn ein erster Wert des Ausgangssignals zu einem ersten Zeitpunkt bzw. ein zweiter Wert des Ausgangssignals zu einem zweiten Zeitpunkt nach dem ersten Zeitpunkt von einer entsprechenden Nebensteuereinrich­ tung innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereichs liegt, und wobei, wenn der erste und zweite Wert beide innerhalb des entsprechenden zweiten Bereichs liegen und ein Unterschied zwischen einem dritten Wert des Ausgangssignals zu einem dritten Zeitpunkt nach dem zweiten Zeitpunkt und dem zweiten Wert geringer als eine vorbestimmte Größe ist, die zentrale Steuereinrichtung bestimmt, daß eine Fehlzündung aufgetreten ist, wenn der erste Wert und der zweite Wert innerhalb eines dritten vorbestimmten Bereichs liegen, und wobei, wenn der erste und zweite Wert beide innerhalb des entsprechenden zweiten Bereichs liegen und der Unterschied zwischen dem dritten Wert und dem zweiten Wert geringer als die vorbe­ stimmte Größe ist, die zentrale Steuereinrichtung bestimmt, daß eine von einer Fehlzündung verschiedene Fehlfunktion auf­ getreten ist, wenn der erste Wert und der zweite Wert inner­ halb eines vierten vorbestimmten Bereichs liegen. Weiterhin kann die zentrale Steuereinrichtung ein Diagnosesignal in Übereinstimmung mit einem Ergebnis der durch die elektroni­ sche Steuereinrichtung durchgeführten Bestimmung ausgeben. Daher ist eine auf einen jeden Zylinder bezogene Feststellung möglich, ob eine Fehlzündung oder ein Fehler aufgetreten ist.

Darüber hinaus kann eine Aufzeichnung der Fehlzündungen und Fehler in einer Diagnosevorrichtung gespeichert werden.

Weiterhin kann die zentrale Steuereinrichtung in der erfin­ dungsgemäßen Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung die Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder stoppen, der die Fehlzün­ dung oder den Fehler in einer Einheit aufweist, wenn die elektronische Steuereinrichtung feststellt, daß eine Fehlzün­ dung oder ein Fehler in einer Einheit aufgetreten ist. Daher kann beispielsweise ein Eintreten eines unverbrannten Kraft­ stoffs in eine in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors an­ geordnete katalytische Vorrichtung und damit eine Überhitzung der katalytischen Vorrichtung vermieden werden, wodurch die katalytische Vorrichtung geschützt und eine Emissionsver­ schlechterung verhindert werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen zur Kenn­ zeichnung gleicher Elemente verwendet werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Verbrennungszustandser­ fassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm des Übergangs verschiedener Ausgangs­ signale, die in der Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ausgegeben werden;

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Ablaufs einer durch einen Mikro­ computer in einer in dem Ausführungsbeispiel verwendeten elektronischen Steuereinheit durchgeführten Diagnosesteue­ rung; und

Fig. 4 eine bei der in Fig. 3 gezeigten Steuerung verwendete Karte zum Angeben der Beziehung zwischen den A/D-gewandelten Werten und den Bestimmungsbereichen.

Es folgt eine Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem erfindungsgemäßen Aus­ führungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist ein Verbrennungsmotor vier Zylinder #1 bis #4 auf. Die Zündspu­ len-/Zündungseinheiten für die Zylinder #1 bis #4 weisen den­ selben Aufbau auf. Daher erfolgt die nachfolgende Beschrei­ bung im wesentlichen in Verbindung mit einer Zündspulen-/Zün­ dungseinheit 1 für den Zylinder #1.

Bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt eine Zündspule 10 eine Primär­ wicklung 10a und eine Sekundärwicklung 10b. Eine Zündkerze 12 ist in einem Brennraum des Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) angeordnet. Die Primärwicklung 10a der Zündspule 10 ist mit einem Schaltelement 11 verbunden. Wenn der Steueranschluß des Schaltelements 11 ein Zündanweisungssignal IGt1 von einer elektronischen Steuereinheit (nachfolgend kurz als "ECU" be­ zeichnet) 30 des Verbrennungsmotors über einen externen Ver­ bindungsanschluß 1a empfängt, so schaltet das Schaltelement 11 ein, so daß ein Primärstrom I1 von einem Anschluß +B (externer Verbindungsanschluß), der mit einer Batteriestrom­ versorgung (nicht gezeigt) verbunden ist, über die Primär­ wicklung 10a der Zündspule 10 fließt. Gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist die ECU 30 als eine elektronische Steuer­ einrichtung vorgesehen und wird später beschrieben.

Ein Strompfad auf der Seite der Sekundärspule 10b der Zünd­ spule 10, durch den ein Sekundärstrom I2 zirkuliert, ist ge­ bildet aus der Zündkerze 12, der Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10, einer Zenerdiode 13 und einer weiteren Zenerdi­ ode 14. Die Zenerdiode 14 ist in einer bezüglich der Flußrichtung des Sekundärstroms I2 (Strom im sekundären Stromkreis) in Vorwärtsrichtung geschaltet. Die Zenerdiode 13 ist zum Laden eines Kondensators 15 angeschlossen, der als Ionenstromerfassungsversorgungsquelle parallel zu der Zener­ diode 13 geschaltet ist. Ein Widerstand 16 ist parallel zu der Zenerdiode 14 angeschlossen.

Ein Ionenstrom wird wie folgt erfaßt. Ein Ionenstrom IION fließt von dem Kondensator 15 durch die Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10 zu der Zündkerze 12. Weiterhin fließt der Ionenstrom IION von dem invertierenden Anschluß (-) eines Operationsverstärkers 20 über einen Ionenstromerfassungswi­ derstand 17. Der Ionenstrom IION wird durch den Ionenstromer­ fassungswiderstand 17 erfaßt. Ein zwischen dem invertierenden Anschluß (-) und einem Ausgangsanschluß des Operationsver­ stärkers 20 geschalteter Widerstand 21 ist ein Verstärkungs­ widerstand zum Einstellen einer Verstärkung des Operations­ verstärkers 20.

Das durch den Operationsverstärker 20 auf Grundlage des Io­ nenstroms IION ausgegebene Spannungssignal wird durch eine U/I-Wandlerschaltung (Spannung-nach-Strom-Wandlung) 22 in ein Stromsignal umgewandelt. Die Ausgangsseite der U/I-Wandler­ schaltung 22 ist mit einem externen Verbindungsanschluß 1b zum Anschließen der ECU 30 verbunden. Die Ausgangsseite der U/I-Wandlerschaltung 22 ist darüber hinaus mit einer Nega­ tivoffsetstromquelle 23 verbunden zum Hervorrufen eines kon­ stant fließenden Offsetstroms I0 (später beschrieben), um ei­ nen Leitungs- oder Drahtbruch zu erfassen. Der andere An­ schluß der Offsetstromquelle 23 ist mit einem GND-Anschluß (externer Verbindungsanschluß) zur Herstellung einer Masse­ verbindung verbunden. Des weiteren sind auch der Emitter des Schaltelements 11, der negative Anschluß der Zenerdiode 14, einer der Anschlüsse des Widerstands 16 und der nicht­ invertierende Anschluß (+) des Operationsverstärkers 20 mit dem GND-Anschluß verbunden.

Der externe Verbindungsanschluß 1b der Zündspulen-/Zündungs­ einheit 1 des Zylinders #1 ist mit einem externen Verbin­ dungsanschluß 30a der ECU 30 verbunden. Der externe Verbin­ dungsanschluß 30b ist über einen Pull-up-Widerstand 31 mit einer Konstantspannungsversorgung (5V) verbunden. Aufgrund der Konstantspannungsversorgung (5V) über den externen Ver­ bindungsanschluß 30a fließt ein Strom i über den externen Verbindungsanschluß 1b der Zündspulen-/Zündungseinheit 1 des Zylinders #1. Das auf dem Strom i basierende Spannungssignal v durchläuft eine Störmaskierschaltung 32, wobei danach des­ sen Spitzenwert mittels einer Spitzenhalteschaltung 33 in ei­ nem Setz-/Rücksetzzeitpunkt beibehalten wird. Das Signal wird danach durch eine A/D-Umsetzer 34 A/D-gewandelt (Analog-Di­ gitial-gewandelt). Das A/D-gewandelte Spannungssignal wird in einen Mikrocomputer 36 eingegeben. Das in die ECU 30 ein­ gegebene Spannungssignal v wird auch durch ein zu der Stör­ maskierschaltung 32 und der Spitzenhalteschaltung 33 parallel geschaltetes Tiefpaßfilter (LPF) 35 verarbeitet, wodurch Hochfrequenzkomponenten aus dem Spannungssignal v entfernt werden. Das gefilterte Spannungssignal v wird durch den A/D-Umsetzer 34 umgewandelt, und das umgewandelte Signal wird in den Mikrocomputer 36 eingegeben.

Der Mikrocomputer 36 ist aufgebaut als eine Logikoperations­ schaltung, die durch eine verschiedene Operationen aus führen­ de CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), ein verschiedene Steuerprogramme speicherndes ROM, ein KAM und Hilfs-RAM zum Speichern verschiedener Daten, Eingabe-/Ausgabeschaltungen, dazwischen geschaltete Busleitungen, und dergleichen gebildet ist.

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm der Übergänge verschiedener Ausgangssignale der Ausgangszustandserfassungsvorrichtung ge­ mäß diesem Ausführungsbeispiel.

Das durch die ECU 30 an die Zündspulen-/Zündungseinheit 1 des Zylinders #1 ausgegebene Zündanweisungssignal IGt1 wird in einem Zeitpunkt t1 auf einen EIN-Pegel eingeschaltet und in einem Zeitpunkt t3 auf einen AUS-Pegel ausgeschaltet, d. h. eine Zündzeitgabe (siehe Diagramm (a) in Fig. 2). Der Über­ gang der im normalen Verbrennungszustand des Verbrennungsmo­ tors ausgegebenen Ausgangssignale wird nachfolgend unter Be­ zugnahme auf die Diagramme (a), (b) und (c) gemäß Fig. 2 be­ schrieben. Ist der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors normal, so fließt der Strom i über die dem externen Verbin­ dungsanschluß 1b entsprechende Seite der Zündspulen-/Zün­ dungseinheit 1 des Zylinders #1 (nachfolgend wird der Strom i manchmal als "Ionenstromsignal" bezeichnet), basierend auf dem durch den Operationsverstärker 20 über die U/I-Wandler­ schaltung 22 ausgegebenen Stromsignal und dem durch die Offsetstromquelle 23 ausgegebenen Offsetstrom I0. Dem mit dem konstanten Offsetstrom I0 (mA) überlagerten Ionenstromsignal wird ein Zündeinschaltstörsignal gemäß dem Diagramm (b) in Fig. 2 (Zeitpunkt t1-t2) unmittelbar nach dem Beginn des Fließens eines Primärstroms I1 über die Primärwicklung 10a der Zündspule 10 im EIN-Zeitpunkt (t1) des in dem Diagramm (a) gemäß Fig. 2 gezeigten Zündanweisungssignals IGt1 überla­ gert. Während der Zeitperiode t1-t2 erreicht das Ionenstrom­ signal einen maximalen Strom Imax (mA). Im AUS-Zeitpunkt (Zeitpunkt t3) des Zündanweisungssignals IGt1 beginnt ein Se­ kundärstrom I2 über die Sekundärwicklung 10b der Zündspule 10 zu fließen und wird nach der Zündaktivierung der Zündkerze 12 unterbrochen (zum Zeitpunkt t4). Nach der Unterbrechung des Sekundärstroms I2 dauert der Magnetismus im Kern der Zündspu­ le 10 noch an. Ein auf dem Effekt der Magnetismusverweildauer basierendes Magnetismusverweilstörsignal wird dem Ionenstrom­ signal überlagert (Zeitpunkt t4-t5). Darüber hinaus wird dem Ionenstromsignal ein auf der tatsächlichen Zündung basieren­ des Ionenstromsignal überlagert (Zeitpunkt t5-t6). Während der Zeitperiode (t4-t6) erreicht das Ionenstromsignal den Ma­ ximalstrom Imax (mA).

Neben dem im normalen Verbrennungszustand des Verbrennungsmo­ tors auftretenden Ionenstromsignal wird eine durch die Stör­ maskierschaltung 32 und die Spitzenhalteschaltung 33 in der ECU 30 verarbeitete Spitzenhalteschaltungsausgabe in einem 0,5 ms nach der Zündung, d. h. 0,5 ms nach dem in Fig. 2 ange­ gebenen Zeitpunkt t3, auftretenden Zeitpunkt gesetzt, und in einem Zeitpunkt zurückgesetzt, der 70 CA (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt (AFTD) entspricht, d. h. geringfügig nach dem Zeitpunkt t6, in dem der Übergang oder die Änderung des Ionenstromsignals endet. Im Rücksetzzeitpunkt (siehe (c) ge­ mäß Fig. 2) wird eine Spitzenhalteschaltungsausgabe in der Spitzenhalteschaltung 33 gelesen. Die gelesene Spitzenhalte­ schaltungsausgabe wird durch den A/D-Umsetzer 34 A/D-gewan­ delt. Der so erhaltene Wert wird als A/D3 gesetzt (durch ei­ nen Pfeil in Fig. 2 angedeutet) Die Voreinstellung erfolgt so, daß sich eine dem Maximalstrom Imax (mA) des Ionenstrom­ signals entsprechende Spitzenhalteschaltungsausgabe von 4V ergibt und daß sich eine dem Offsetstrom I0 (mA) entsprechen­ de Spitzenhalteschaltungsausgabe von 1 V ergibt.

Es folgt eine Beschreibung des Übergangs der Ausgangssignale beim Auftreten einer Fehlzündung bei der Verbrennung des Ver­ brennungsmotors unter Bezugnahme auf die Diagramme (a) und (d) gemäß Fig. 2. Beim Auftreten einer Fehlzündung wird dem Ionenstromsignal (überlagert mit dem Offsetstrom I0 (mA)) le­ diglich ein Zündeinschaltstörsignal überlagert, wie in dem Diagramm (d) (Zeitpunkt t1-t2) angegeben ist, obwohl das durch die ECU 30 an die Zündspulen-/Zündungseinheit 1 des Zy­ linders #1 des Verbrennungsmotors ausgegebene Zündanweisungs­ signal IGt1 auf den EIN- und den AUS-Pegel geschaltet wird, wie durch das Diagramm (a) angegeben ist. Während der Zeitpe­ riode t1-t2 erreicht das Ionenstromsignal den Maximalstrom Imax (mA).

Es folgt eine Beschreibung des Übergangs der Ausgangssignale beim Auftreten eines Drahtbruchs unter Bezugnahme auf die Diagramme (a) und (e) gemäß Fig. 2. Beim Auftreten eines Drahtbruchs in dem den +B-Anschluß, den GND-Anschluß oder ei­ nen anderen externen Verbindungsanschluß der Zündspulen-/Zün­ dungseinheit 1 des Zylinders #1 verbindenden Draht, verbleibt das Ionenstromsignal auf 0mA ohne Überlagerung des Offset­ stroms I0 (mA) oder des Zündungseinschaltstörsignals (siehe das Diagramm (e)), obwohl das durch die ECU 30 an die Zünd­ spulen-/Zündungseinheit 1 des Zylinders #1 des Verbrennungs­ motor ausgegebene Zündanweisungssignal IGt1 auf den EIN- und den AUS-Pegel geschaltet wird, wie in dem Diagramm (a) ange­ geben ist.

Es folgt eine Beschreibung des Ablaufs der durch die CPU des Mikrocomputers 36 in der in der erfindungsgemäßen Verbren­ nungszustandserfassungsvorrichtung eingesetzten ECU 30 durch­ geführten Diagnosesteuerung unter Bezugnahme auf das Flußdia­ gramm gemäß Fig. 3. In der nachfolgenden Beschreibung wird auch auf die Fig. 2 und 4 Bezug genommen. Fig. 4 zeigt ei­ ne Karte zum Angeben der Beziehung zwischen den A/D-gewandelten Werten, A/D1 und A/D2, und den Bestimmungsberei­ chen, wobei ein Bereich A einen Spannungsbereich darstellt, der durch A/D1 und A/D2 im Normalzustand der Zündspulen-/Zün­ dungseinheiten 1 bis 4 der Zylinder #1 bis #4 eingenommen werden kann, und wobei ein Bereich B einen Spannungsbereich darstellt, der durch A/D1 und A/D2 zum Zeitpunkt eines Feh­ lers des Erfassungssystems, eines Bruchs des den +B-Anschluß oder den GND-Anschluß oder den externen Verbindungsanschluß für das Ionenstromsignal verbindenden Drahts, oder zum Zeit­ punkt eines Schaltungsfehlers in den Zündspulen-/Zündungs­ einheiten 1 bis 4 der Zylinder #1 bis #4 eingenommen werden kann, und wobei ein Bereich D einen Spannungsbereich darstellt, der durch A/D1 und A/D2 zum Zeitpunkt eines Feh­ lers in dem Eingabesystem oder zum Zeitpunkt eines Bruchs ei­ nes mit dem externen Verbindungsanschluß 1a, in den das Zündanweisungssignal IGt1 eingegeben wird, verbundenen Drahts, oder zum Zeitpunkt eines Fehlers in der ECU 30 einge­ nommen werden kann, und wobei ein Bereich E einen Spannungs­ bereich darstellt, der durch A/D1 und A/D2 zum Zeitpunkt ei­ nes Normalzustand oder zum Zeitpunkt einer Fehlzündung einge­ nommen werden kann. Die in Fig. 3 gezeigte Diagnosesteue­ rungsroutine wird durch die CPU bei jeder Ausgabe der Zündan­ weisungssignale IGt1 bis IGt4 an die Zündspulen-/Zündungsein­ heiten 1 bis 4 der Zylinder #1 bis #4 durch die ECU 30 wie­ derholt ausgeführt.

Bezugnehmend auf das Flußdiagramm gemäß Fig. 3 stellt die CPU im Schritt S101 fest, ob sich A/D1 und A/D2 außerhalb des Be­ reichs B befinden. A/D1 und A/D2 sind A/D-gewandelte Werte, die durch die Verarbeitung des Ionenstromsignal mittels des LPF 35 und der A/D-Umwandlung des Signals durch den A/D-Umsetzer 34 bereitgestellt werden. A/D1 wird zu einem Zeit­ punkt gelesen, der sich 0,2 ms nach dem Beginn der Aktivie­ rung der Primärwicklung 10a der Zündspule 10 durch das Ver­ setzten des Zündanweisungssignals IGt auf den EIN-Pegel be­ findet, d. h. 0,2 ms nach dem in Fig. 2 angegebenen Zeitpunkt t1. A/D2 wird zu einem Zeitpunkt gelesen, der sich 1,0 ms nach dem Beginn der Aktivierung der Primärwicklung 10a der Zündspule 10 durch das Versetzen des Zündanweisungssignals IGt auf den EIN-Pegel befindet, d. h. 1,0 ms nach dem in Fig. 2 angegebenen Zeitpunkt t1. In Fig. 2 sind A/D1 und A/D2 durch Pfeile gekennzeichnet. Trifft der Feststellungszustand im Schritt S101 zu, d. h. falls festgestellt wird, daß A/D1 und A/D2 außerhalb des Bereichs B liegen, so schreitet der Ablauf zum Schritt S102, wo die CPU eine Größe C (mA) des Io­ nenstromsignals durch Subtrahieren des Werts A/D2 von dem Wert A/D3 (siehe Fig. 2) berechnet.

Danach bestimmt die CPU im Schritt S103, ob der im Schritt S102 berechnete Wert C kleiner als ein voreingestellter Wert C0 ist, d. h. ob eine Fehlzündung aufgetreten ist. Ist eine Fehlzündung aufgetreten so stimmt das Ionenstromsignal zwi­ schen dem Zeitpunkt des Setzens und dem Zeitpunkt des Rück­ setzens der Spitzenhalteschaltung 33 mit dem Offsetstrom I0 (mA) überein, wie in dem Diagramm (d) gemäß Fig. 2 angegeben ist, d. h. C ist kleiner als C0. Auf die bejahende Feststel­ lung im Schritt S103 folgt der Schritt S104. Im Schritt S104 inkrementiert die CPU einen Fehlzündungszähler Mi, um in dem nachfolgenden Schritt festzustellen, ob eine vorbestimmte Wiederholungszahl von Fehlzündungen aufgetreten ist. Danach bestimmt die CPU im Schritt S105, ob der Zählwert des Fehl­ zündungszählers Mi größer als ein vorbestimmter Zählwert k ist. Ist der Zählwert des Fehlzündungszähler Mi größer als der vorbestimmte Zählwert k (JA im Schritt S105), so schrei­ tet der Ablauf zum Schritt S106, wo die CPU bestimmt, ob A/D1 und A/D2 in dem Bereich E der in Fig. 4 gezeigten Karte lie­ gen, d. h. in einem zweiten vorbestimmten Bereich, der um ei­ nen Mittelpunkt definiert ist, in dem A/D1 der dem Maximal­ strom Imax des Ionenstromsignal entsprechende Spannungswert ist und A/D2 der dem Offsetstrom I0 des Ionenstromsignals entsprechende Spannungswert. Befinden sich A/D1 und A/D2 in­ nerhalb des Bereichs E (JA im Schritt S106), so schreitet der Ablauf zum Schritt S107. Da die bejahende Feststellung im Schritt S106 angibt, daß keine Verbrennung aber eine Fehlzün­ dung aufgetreten ist, gibt die CPU im Schritt S107 ein eine Diagnose förderndes Fehlzündungsdiagnosesignal aus, so daß eine Operation zum Einschalten einer Diagnoselampe in der Diagnosevorrichtung (nicht gezeigt) durchgeführt wird.

Befinden sich dagegen A/D1 und A/D2 nicht in dem Bereich E (NEIN im Schritt S106), so schreitet der Ablauf zum Schritt S108, wo die CPU bestimmt, ob A/D1 und A/D2 innerhalb des Be­ reichs D liegen, d. h. ein dritter vorbestimmter Bereich, der um einen Mittelpunkt definiert ist, in dem A/D1 und A/D2 dem Offsetstrom I0 des Ionenstromsignals entsprechende Spannungs­ werte sind. Befinden sich A/D1 und A/D2 in dem Bereich D (JA im Schritt S108), so schreitet der Ablauf zum Schritt S109. Da die bejahende Feststellung im Schritt S108 das Auftreten eines Fehlers in dem Eingabesystem angibt, gibt die CPU im Schritt S109 ein Eingabesystemfehlerdiagnosesignal aus, so daß eine Operation zum Aufleuchten einer Diagnoselampe in der Diagnosevorrichtung (nicht gezeigt) durchgeführt wird.

Wird im Schritt S101 festgestellt, daß A/D1 und A/D2 in dem Bereich B liegen (NEIN im Schritt S101), oder falls im Schritt S108 festgestellt wird, daß A/D1 und A/D2 nicht im Bereich D liegen (NEIN im Schritt S108), d. h. falls die Fest­ stellungen im Schritt S103 und im Schritt S105 bejahend sind, und A/D1 und A/D2 im Bereich A liegen, d. h. ein vierter vor­ bestimmter Bereich außerhalb der Bereiche E und D, dann schreitet der Ablauf zum Schritt S110. Da das Ergebnis der vor dem Schritt S110 durchgeführten Bestimmung das Auftreten einer Abnormalität der Ausgabecharakteristik, umfassend einen Drahtbruch und dergleichen, in zumindest einer der Zündspu­ len-/Zündungseinheiten 1 bis 4 der Zylinder #1 bis #4 an­ zeigt, gibt die CPU im Schritt S110 ein Einheitenfehlerdia­ gnosesignal aus, so daß eine Operation zum Aufleuchten einer Diagnoselampe in der Diagnosevorrichtung (nicht gezeigt) durchgeführt wird. Die Operation im Schritt S107, S109 oder S110 wird von dem Schritt S111 gefolgt, wo die CPU eine Ope­ ration zum Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zu dem eine Fehlzündung oder einen Fehler aufweisenden Zylinder durch­ führt. Diese Routine ist danach beendet. Wird im Schritt S103 festgestellt, daß C größer oder gleich C0 ist (NEIN im Schritt S103), oder falls im Schritt S105 festgestellt wird, daß der Zählwert des Fehlzündungszählers Mi kleiner oder gleich dem vorbestimmten Zählwert k ist (NEIN im Schritt S105), so wird der Zündungszustand als normal betrachtet, wie in dem Diagramm (b) gemäß Fig. 2 angegeben ist, und danach wird die Routine beendet.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht, umfaßt die Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Stromerfassungseinrichtung, die durch den Kondensator 15, den Ionenstromerfassungswiderstand 17, der Operationsverstärker 20 und dergleichen gebildet ist, zum Erfassen eines zwischen Masse und der in einem Brennraum des Verbrennungsmotors angeordneten Zündkerze 12 fließenden Stroms, eine Signalumwandlungseinrichtung, die durch die U/I-Wandlerschaltung 22 zum Umwandeln des durch die Stromerfas­ sungseinrichtung erfaßten Stroms in ein Ionenstromsignal, das durch die ECU 30 verarbeitet werden kann, gebildet ist, und eine Zündungsansteuereinrichtung, die durch das Schaltelement 11 und dergleichen gebildet ist, zum Ansteuern der Zündspule 10 auf Grundlage des Zündanweisungssignals IGt von der ECU 30. Die Stromerfassungseinrichtung mit der Signalumwandlungs­ einrichtung und der Zündungsansteuereinrichtung mit der Zünd­ spule 10 sind für die individuellen Zylinder #1 bis #4 des Verbrennungsmotors in getrennten Einheiten integriert, so daß die integrierten Einheiten voneinander unabhängig sind.

Daher steuert die durch da,s Schaltelement 11 und dergleichen gebildete Zündungsansteuereinrichtung die Zündspule 10 auf Grundlage des Zündanweisungssignals IGt von der ECU 30, und die durch den Kondensator 15, den Ionenstromerfassungswider­ stand 17, den Operationsverstärker 20 und dergleichen gebil­ dete Stromerfassungseinrichtung erfaßt einen,zwischen der Zündkerze 12 und Masse fließenden Strom. Die durch die U/I-Wandlerschaltung 22 gebildete Signalumwandlungseinrichtung wandelt den erfaßten Strom in ein in die ECU 30 einzugebendes Ionenstromsignal um. Die Stromerfassungseinrichtung, die Si­ gnalumwandlungseinrichtung und die Zündungsansteuereinrich­ tung mit der Zündspule 10 sind in Einheiten integriert, die jeweils einem der individuellen Zylinder #1 bis #4 des Ver­ brennungsmotor entsprechen. Die Einheiten für die Zylinder #1 bis #4 sind voneinander unabhängig. Durch diesen Aufbau wer­ den für jeden der Zylinder #1 bis #4 getrennte Signale zwi­ schen ECU 30 und den Einheiten gesendet und empfangen, so daß eine Identifizierung eines eine Fehlzündung oder einen Fehler aufweisenden Zylinders auf einfache Weise erfolgen kann. Folglich ermöglicht dieses Ausführungsbeispiel die Ausgestal­ tung eines Systems, bei dem ein Fehler auf einfache Weise für jeden Zylinder getrennt bestimmt werden kann und wobei Kompo­ nententeile oder dergleichen der Einheit für einen fehlerbe­ hafteten Zylinder ohne Störung der Einheiten für normal ar­ beitende Zylinder ersetzt werden können. Bei der Verbren­ nungszustandserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmo­ tor gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die durch die U/I-Wandlerschaltung 22 gebildete Signalumwandlungseinrich­ tung die Offsetstromquelle 23, d. h. eine Ausgabeoffsetschal­ tung rum Versetzen der Ausgaben der ECU 30 in einem vorbe­ stimmten Bereich. Die ECU 30 überwacht das von der Signalum­ wandlungseinrichtung ausgegebene Ionenstromsignal und führt eine Fehlerdiagnose hinsichtlich eines Fehlers in einem Si­ gnalleitungsdraht getrennt von einer Fehlzündungsdiagnose durch, und gibt dann ein getrenntes Diagnosesignal für jeden der Zylinder #1 bis #4 des Verbrennungsmotors aus. D.h., die ECU 30 kann die Fehlerdiagnose hinsichtlich eines Fehlers in den Signalleitungsdrähten oder der Signalumwandlungseinrich­ tung durch Überwachen des Ionenstromsignals von der Signalum­ wandlungseinrichtung und Bestimmen, ob sich die Größe des Io­ nenstromsignals innerhalb des vorbestimmten Bereichs befin­ det, oder nicht, getrennt von der Fehlzündungsdiagnose durch­ führen, da die die Offsetstromquelle 23 und die U/I-Wandler­ schaltung 22 enthaltende Signalumwandlungseinrichtung die Größe des Ausgangssignals zu der ECU 30 in einen vorbe­ stimmten Bereich versetzt, wenn die Signalumwandlungseinrich­ tung normal arbeitet. Daher kann die ECU 30 ein Fehlerdiagno­ sesignal hinsichtlich der Signalleitungsdrähte oder der Si­ gnalumwandlungseinrichtung getrennt von einem Fehlzündungs­ diagnosesignal für jeden der Zylinder #1 bis #4 des Verbren­ nungsmotors ausgeben. Folglich können ein Zylinder mit einem Fehler und ein Fehlerfaktor identifiziert werden.

Bei der Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung gemäß die­ sem Ausführungsbeispiel führt die ECU 30 für jeden Zylinder eine getrennte Diagnosebestimmung in folgender Weise durch. Befindet sich eine Änderung des Ionenstromsignals der durch die U/I-Wandlerschaltung 22 und dergleichen gebildeten Si­ gnalumwandlungseinrichtung in dem ersten vorbestimmten Be­ reich, so bestimmt die ECU 30, daß eine Fehlzündung aufgetre­ ten ist, wenn sich die Ausgangssignaländerung in dem zweiten vorbestimmten Bereich befindet, und bestimmt, daß eine Aus­ gangssignaleingabeabnormalität aufgetreten ist, wenn sich die Ausgangssignaländerung in dem dritten vorbestimmten Bereich befindet, und bestimmt, daß ein Fehler in der Einheit aufge­ treten ist, wenn sich die Ausgangssignaländerung in dem vier­ ten vorbestimmten Bereich befindet. Zusammengefaßt führt die Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung gemäß diesem Aus­ führungsbeispiel eine Bestimmung hinsichtlich des Auftretens einer Fehlzündung, eines Fehlers in dem Eingabesystem und ei­ nes Fehlers in der Einheit für jeden Zylinder getrennt durch, wodurch die Identifizierung eines Fehlerfaktors und des einen Fehler aufweisenden Zylinders möglich ist. Die Verbrennungs­ zustandserfassungsvorrichtung gibt ein Diagnosesignal in Übereinstimmung mit dem Ergebnis dieser Bestimmung aus.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel stoppt die Verbrennungszu­ standserfassungsvorrichtung die Kraftstoffzufuhr zu dem die Fehlzündung oder den Einheitenfehler aufweisenden Zylinder, falls festgestellt wird, daß eine Fehlzündung in einem Zylin­ der des Verbrennungsmotors aufgetreten ist, oder ein Einhei­ tenfehler in einer durch die Stromerfassungseinrichtung ge­ bildeten Einheit aufgetreten ist. Im einzelnen ist es mög­ lich, den eine Fehlzündung oder einen Einheitenfehler aufwei­ senden Zylinder zu identifizieren und die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder zu stoppen, da die ECU 30 für die individuel­ len Zylinder getrennte Signale aussendet und empfängt. Folg­ lich ist es möglich, ein Einfließen von unverbranntem Kraft­ stoff in eine in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vor­ gesehene katalytische Einrichtung und damit eine Überhitzung der katalytischen Einrichtung zu verhindern, wodurch die ka­ talytische Einrichtung geschützt und eine Emissionsver­ schlechterung verhindert werden kann.

Es wird eine Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor offenbart mit einer Stromerfassungs­ einrichtung zum Erfassen eines zwischen einer Zündkerze und einer Masse fließenden Stroms, und einer Zündungsansteuerein­ richtung zum Ansteuern der Zündkerze auf Grundlage eines Zündanweisungssignals von einer elektronischen Steuereinrich­ tung des Verbrennungsmotors. Für jeden Zylinder des Verbren­ nungsmotors ist eine unabhängige Einheit mit einer Stromer­ fassungseinrichtung und einer Zündungsansteuereinrichtung vorgesehen. Bezüglich eines jeden Zylinders bestimmt die Vor­ richtung auf Grundlage des zwischen der Zündkerze und Masse zum Zeitpunkt der Verbrennung fließenden Stroms, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist. Die Vorrichtung ermöglicht auch eine Erfassung von Abnormalitäten und/oder Drahtbrüchen in einem für die Signalübertragung zwischen einer jeden unabhän­ gigen Einheit und der elektronischen Steuereinrichtung des Verbrennungsmotors bereitgestellten Signalsystem.

Claims (7)

1. Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Ver­ brennungsmotor, mit:

• a) einer Stromerfassungseinrichtung (15, 17, 20) zum Erfassen eines Stroms, der zwischen einer Masse und einer in einem Brennraum des Verbrennungsmotor angeordneten Zündkerze (12) fließt,
• b) einer elektronischen Steuereinrichtung (30) zum Empfangen eines Signals von der Stromerfassungseinrichtung (15, 17, 20) und zum Ausgeben eines Zündanweisungssignals (IGt₁ bis IGt₄) an die Zündkerze (12), und
• c) einer Zündungsansteuereinrichtung (10, 11) zum Ansteuern der Zündkerze (12) auf Grundlage des Zündanweisungssignals (IGt₁ bis IGt₄) von der elektronischen Steuereinrichtung (30)
  dadurch gekennzeichnet, daß
• d) die Stromerfassungseinrichtung (15, 17, 20) und die Zün­ dungsansteuereinrichtung (10, 11) und die Zündkerze (12) in einer Nebensteuereinheit (1 bis 4) integriert sind, die für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors getrennt mit einer zen­ tralen Steuereinheit (30) verbunden ist, und
• e) die zentrale Steuereinheit (30) einen Verbrennungszustand des Motor auf Grundlage der von den Nebensteuereinheiten (1 bis 4) empfangenen Stromerfassungssignale erfaßt und Zündan­ weisungssignale (IGt₁ bis IGt₄) an die Zündungsansteuerein­ richtung einer jeden der Nebensteuereinheiten (1 bis 4) aus­ gibt, um das Ansteuern der Zündkerzen zu steuern.

2. Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Ver­ brennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung (15, 17, 20) ein Spannungs­ signa,l erfaßt, daß einem beim Ansteuern der Zündkerze (12) auf Grundlage des Zündanweisungssignals (IGt₁ bis IGt₄) von der zentralen Steuereinrichtung (30) auftretenden Ionenstrom entspricht.

3. Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Ver­ brennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung (15, 17, 20) eine Signalum­ wandlungseinrichtung (22) enthält zum Umwandeln des dem Io­ nenstrom entsprechenden erfaßten Spannungssignals in ein Stromsignal.

4. Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Ver­ brennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalumwandlungseinrichtung (22) eine Ausgabeoffsetein­ richtung (23) enthält zum Versetzen einer Ausgabe von der Si­ gnalumwandlungseinrichtung (22) zu der zentralen Steuerein­ richtung (30) in einen vorbestimmten Bereich, und wobei die zentrale Steuereinrichtung (30) ein Ausgangssignal der Si­ gnalumwandlungseinrichtung (22) überwacht und feststellt, ob sich das Ausgangssignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet.

5. Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Ver­ brennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinrichtung (30) feststellt, ob ein erster Wert des Ausgangssignal zu einem ersten Zeitpunkt bzw. ein zweiter Wert des Ausgangssignal zu einem zweiten Zeitpunkt nach dem ersten Zeitpunkt von einer entsprechenden Nebensteu­ ereinrichtung innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereichs liegen, und wobei, wenn der erste und zweite Wert beide in­ nerhalb des entsprechenden zweiten Bereichs liegen und eine Differenz zwischen einem dritten Wert des Ausgangssignals zu einem dritten Zeitpunkt nach dem zweiten Zeitpunkt und dem zweiten Wert kleiner als eine vorbestimmte Größe ist, die zentrale Steuereinrichtung (30) bestimmt, daß eine Fehlzün­ dung aufgetreten ist, wenn der erste Wert und der zweite Wert innerhalb eines dritten vorbestimmten Bereichs liegen, und wobei, wenn der erste und zweite Wert beide innerhalb des entsprechenden zweiten Bereichs liegen und die Differenz zwi­ schen dem dritten Wert und dem zweiten Wert kleiner als die vorbestimmte Größe ist, die zentrale Steuereinrichtung (30) bestimmt, daß eine von einer Fehlzündung abweichende Fehl­ funktion aufgetreten ist, wenn der erste und der zweiten Wert innerhalb eines vierten vorbestimmten Bereichs, liegen.

6. Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Ver­ brennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (30) ein Diagnosesignal in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der durch die zentrale Steuereinrichtung (30) durchgeführten Bestimmung ausgibt.

7. Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für einen Ver­ brennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinrichtung (30) die Treibstoffzufuhr zu dem eine Fehlzündung oder einen Einheitenfehler aufweisenden Zylinder stoppt, wenn die zentrale Steuereinrichtung (30) feststellt, daß die Fehlzündung oder der Einheitenfehler auf­ getreten ist.