DE19829001A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung und Steuerung der Verbrennungsstabilität eines Verbrennungsmotors - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung und Steuerung der Verbrennungsstabilität eines VerbrennungsmotorsInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung der Ver
brennungsqualität oder -stabilität bei Verbrennungsmotoren.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Steuerung der Verbrennungsstabilität bei Ma
gergemisch-Motoren (sog. lean burn engines).
Es ist bekannt, Verbrennungsmotoren mit mageren bzw.
überstöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen zu be
treiben, um die Kraftstoffausnutzung zu verbessern. Bei ei
nem derartigen Magerbetrieb ist jedoch eine herkömmliche
Luft-/Kraftstoff-Rückkopplungssteuerung bzw. -regelung, die
auf gebräuchliche Zwei-Zustands-Abgassauerstoffsensoren an
spricht, nicht anwendbar, da solche Sensoren nur bei
stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen Informatio
nen liefern. Der resultierende Regelungsmangel kann zu einem
zu mageren Luft-/Kraftstoff-Betrieb führen, was
Motor-Fehlzündungen oder eine verstärkte Motor-Rauhigkeit zur Fol
ge hat. Es ist bekannt, bei Ermittlung derartiger Fehlzün
dungen das Motor-Luft-/Kraftstoff-Verhältnis als Reaktion
anzureichern.
Bei dem vorstehend angegebenen Lösungsweg treten jedoch Pro
bleme auf: Beispielsweise kann eine Korrektur eines mageren
Luft-/Kraftstoff-Betriebs durch Anreicherung als Reaktion
auf eine Fehlzündungsermittlung immer noch zu einem unzurei
chend korrigierten rauhen Motorbetrieb bei mageren Luft-
/Kraftstoff-Verhältnissen führen. Ferner kann die Anreiche
rung größer sein, als sie zum Verhindern der Motorrauhigkeit
eigentlich notwendig wäre, wodurch die Kraftstoffausnutzung
verschlechtert wird.
Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, eine Verbrennungsqualität eines Verbrennungsmotors
einschließlich Anzeichen von Fehlzündungen, Spät-Verbren
nungen sowie Langsam- bzw. Dauer-Verbrennungen zu bestimmen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Motor-
Luft-/Kraftstoff-Betrieb abhängig von den Verbrennungsquali
tätsanzeigen anzupassen.
Die Lösung der vorstehend genannten Aufgaben wird durch ein
Verfahren zum Ermitteln einer Verbrennungsqualität in einer
Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors erreicht. In ei
nem besonderen Aspekt der Erfindung umfaßt das Verfahren das
Erzeugen eines ersten Fensters einer ersten vorbestimmten
Dauer nach einem Zündereignis in der Verbrennungskammer; das
Erzeugen eines zweiten Fensters von einer zweiten vorbe
stimmten Dauer nach dem ersten Fenster; das Abfragen eines
Ionenstroms bzw. -flusses in der Verbrennungskammer zu vor
gegebenen Abfragezeiten während des ersten Fensters; Abfra
gen eines Ionenstroms in der Verbrennungskammer zu vorgege
benen Abfragezeiten während des zweiten Fensters; und das
Erzeugen einer Verbrennungszustandsanzeige basierend auf den
Ionenstrom-Abfragen, die während des ersten Fensters statt
finden, und auf den Ionenstrom-Abfragen, die während des
zweiten Fensters stattfinden.
Vorzugsweise kann erfindungsgemäß weiterhin die Zufuhr von
Kraftstoff zum Motor, um den Motor bei einem ersten mageren
bzw. überstöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu
betreiben, und das Erhöhen der zugeführten Kraftstoffmenge
als Antwort auf den Verbrennungszustand und die Verbren
nungsanzeige, um den Motor bei einem zweiten überstöchiome
trischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, das fet
ter als das erste Luft-/Kraftstoff-Verhältnis ist, vorgese
hen sein.
Ein Vorteil des oben genannten Aspektes der Erfindung liegt
darin, daß ein Maß für die tatsächliche Verbrennungsqualität
zur Verfügung gestellt wird und nicht nur eine Anzeige, ob
der Motor fehlzündet oder nicht. Ein weiterer Vorteil der
Erfindung besteht darin, daß der Motor-Luft-/Kraft
stoff-Betrieb in Abhängigkeit von derartigen Verbrennungsquali
tätsanzeigen korrigiert wird. Dies ist insbesondere vorteil
haft bei Magergemisch-Motoren, bei denen erfindungsgemäß das
Motor-Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung eines fetten
Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses um einen bestimmten Betrag
korrigiert werden kann, der zum Verhindern einer Motorrau
higkeit notwendig ist, und nicht um einen willkürlich fest
gesetzten Betrag bei Erkennung eines bestimmten Betriebszu
standes.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei
spielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemä
ßen Schaltkreises und eines Blockdiagramms;
Fig. 2 verschiedene, zu der in Fig. 1 gezeigten Ausfüh
rungsform gehörige Wellenformen;
Fig. 3 eine Darstellung eines elektrischen Schaltplans ei
nes Teils der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform
und
Fig. 4 und 5 Flußdiagramme, die den Motorbetrieb gemäß den
in Fig. 1 gezeigten Ausführungsformen darstellen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist eine Zündspule 10 ei
nes Zündsystems eines Verbrennungsmotors eine Primärwicklung
12 und eine isolierte Sekundärwicklung 14 auf. Bei der ver
wendeten Zündspule handelt es sich vorzugsweise um eine Spu
le-auf-Zündkerze(COP, coil-on-plug)-Zündspule. Die Spulen
einer COP zeichnen sich dadurch aus, daß diese magnetisch
vorgespannt sind, so daß eine größere Ladung aufgebracht
bzw. angelegt werden kann und damit eine höhere Energie aus
einem kleineren Spulenpaket erhalten werden kann. Diese ma
gnetische Vorspannung wirkt sich jedoch nicht auf die Funk
tion des Systems zur Ermittlung der Ionisation aus.
Das Zündsystem weist eine allgemein mit 16 bezeichnete Spu
len-Schalteinrichtung auf, die wiederum eine Zünd-
Mikrocontroller-Einrichtung oder Mikrosteuerungs-Einrichtung
11, einen Widerstand 13, einen Transistor 15 und einen
Stromsensor 17 aufweist. Der Widerstand 13 hat vorzugsweise
ein Wert von 1 Kiloohm. Das Zündsystem weist ferner eine
Zündkerze 18 auf.
In Fig. 1 ist weiterhin eine mit 20 bezeichnete Vorrichtung
bzw. ein Schaltkreis zur Ermittlung eines Ionenflusses bzw.
-stroms in dem Zündsystem nach dem Verbrennen von Kraftstoff
in dem Motor gezeigt. Schließlich ist in Fig. 1 ein Block
diagramm einer Ermittlungslogik 22 zum Bestimmen eines Fehl
zündungs-Ausgangssignals aus verschiedenen Fahrzeugeingangs
signalen dargestellt. Die Ermittlungslogik 22 ist nur einmal
pro Fahrzeug vorhanden, nicht einmal pro Zylinder. Weiterhin
können mehr als eine Spulen-Zündkerzen-Kombination an den
Eingang des Schaltkreises 20 beim Knoten 24 angeschlossen
sein.
Es hat sich herausgestellt, daß zwei Spulen pro Schaltkreis
20 optimal sind, um Signale davon abzuhalten, auf Zeitschei
ben überzugreifen, die für andere Spulen reserviert sind.
Dieses Phänomen wird besonders bei hohen Drehzahlen vorran
gig.
Drei Signale vom Fahrzeug werden von der Ermittlungslogik 22
benötigt, nämlich:
- 1) Das Zünddiagnose-Überwachungssignal, IDM - Das IDM tritt synchron mit dem Zündereignis auf. Ein positiver Impuls pro Zündereignis wird verwendet, um den Start der Zünd entladung zu identifizieren. Der IDM-Impuls für Zylinder 1 weist eine abweichende Impulslänge auf (im Beispiel 768 µs statt 512 µs), wodurch eine Zylinderidentifikation und -synchronisation erreicht wird.
- 2) Das Funkenfrei-Signal (Clean Tack Output), CTO - Ein ne gativer Impuls pro Zylinderereignis. Eine negative Flanke tritt 9 Kurbelgrade vor dem oberen Totpunkt auf.
Fig. 2 zeigt die zeitlichen Beziehungen zwischen den zuvor
beschriebenen CTO- und IDM-Signalen. Die Position des
IDM-Signals liegt üblicherweise vor der abfallenden Flanke des
CTO-Signals, kann dieser Flanke aber auch folgen.
Fig. 2 zeigt weiterhin die detaillierte Beziehung zwischen
den CTO-, IDM- und den Ionenstrom-Signalen zusammen mit dem
monostabilen Austast- bzw. Sperrsignal. Der abgeflachte Teil
der Ionenstrom-Wellenform entspricht dem Zündereignis, das
zu einer Sättigung des Verstärkers führt. Das monostabile
Sperrsignal wird durch jedes Zündereignis getriggert - ein
schließlich Wiederzündungen - und verhindert ein Abfragen
des Ionenstroms, bis der jeweilige Zündübergang abgeklungen
ist.
Der Signal-Verarbeitungsalgorithmus beginnt, wenn der Ken
nungs-IDM-Impuls für den Zylinder #1 ermittelt wurde. Das
Ionisations-Ermittlungssystem ist dann bezogen auf diesen
Punkt im Hinblick auf eine Zylinderidentifikation synchroni
siert. Bei Ermittlung jedes nachfolgenden IDM-Impulses wird
durch den Algorithmus ein Sperrfenster 60 initiiert, das 2,2
Millisekunden dauert, falls der Zündsystembetrieb Einzelzün
dung ist, und 5,6 Millisekunden dauert, falls der Zündsy
stembetrieb Mehrfachzündung ist.
Da das Muster der Ionenstromsignale im normalen Motorbetrieb
sehr unterschiedlich ausfällt, ist es wünschenswert, das In
tegral des Ionenstroms zu betrachten, um die Variabilität zu
reduzieren.
Ein auf der Zeit basierendes Integral mit einem hochvaria
blen Meßintervall (aufgrund der wechselnden Drehzahl) erfor
derte grundsätzlich eine Normung bzw. Standardisierung (die
Flächen unter der Kurve sind bei niedriger Drehzahl viel
größer als bei hoher Drehzahl). Diese Schwierigkeit wird bei
dem Ausführungsbeispiel dadurch eliminiert, daß ein auf die
Umdrehungen bezogener Integrator verwendet wird, der unab
hängig von der Drehzahl dieselbe Anzahl von Abfragen vor
nimmt und dasselbe Kriterium für die Ermittlung von Fehlzün
dungen beibehält.
Unmittelbar im Anschluß an das Sperrfenster 60 wird ein Ab
fragefenster 62 "geöffnet", um ein Abfragen des Ionisations
flusses bzw. -stromes zu ermöglichen. Das Abfragefenster 62
erstreckt sich bis zum nächsten Zündereignis auf dem jewei
ligen Kanal, der überwacht wird. Das Abfragefenster 62 ist
in zwei Fenster 64 und 66 unterteilt, wie in Fig. 2 gezeigt.
Das Fenster 62 beginnt am Ende der Zündentladung und er
streckt sich in diesem speziellen Beispiel 150 Grad über den
oberen Totpunkt des überwachten Zylinders hinaus. Das Fen
ster 66 nimmt die verbleibende Dauer ab dem Schließen des
Fensters 64 bis zum nächsten Zündereignis auf dem Kanal ein.
Wie weiter unten detaillierter unter Bezugnahme auf Fig. 4
beschrieben, wird das Fenster 64 benutzt, um die sich aus
einem normalen Verbrennungsereignis ergebende Ionisation zu
überwachen. Das Fenster 66 wird überwacht, um zu bestimmen,
ob ein Langsam- bzw. Dauerverbrennungs- oder ein Spätver
brennungsereignis aufgetreten ist. Bevor jedoch diese Über
wachung näher beschrieben wird, wird nachfolgend zunächst
der detaillierte Schaltkreis zum Ermitteln des Ionisierungs
stroms unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Anschließend
wird die Grenzwerterzeugung unter Bezugnahme auf Fig. 3 nä
her erläutert.
Der Schaltkreis zum Ermitteln des Ionenflusses bzw. -stromes
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Der Schaltkreis 20 weist eine Zenerdiode 26, vorzugsweise 56
V auf, die Strom in der normalen Diodenrichtung durchläßt,
wenn das Zündereignis auftritt, und Strom in dem Zenerdurch
bruch-Modus bei der Erholung vom Zündereignis führt. Die
Zenerdiodenspannung ist größer als eine Zündermittlungs- oder
Vorspannungsversorgungs-Spannung Vbias, die von dem
Schaltkreis 20 an die Zündkerze angelegt wird. Dadurch wird
der Rest des Schaltkreises 20 zu einer geeigneten Zeit nach
dem Zündereignis und vor dem folgenden Ionenstrom abgeschal
tet. Damit wird das akzeptable Fenster für ein Abfragen des
Ionenstroms maximiert. Dies ist ein wichtiges Merkmal für
Motoren mit schneller Verbrennung.
Insbesondere stellt Vbias die Ionisations-Ermittlungs
spannung dar, die auf die Zündkerze 18 durch einen Wider
stand 32, vorzugsweise 499 Kiloohm, aufgebracht wird, der
den Invertiereingang 28 des Operationsverstärkers 30 mit ei
nem Knoten 24 koppelt, der ebenfalls mit der Kathode eines
ersten Schaltkreiselements oder einer Zenerdiode 34, vor
zugsweise 39 V, gekoppelt ist. Die Anode der Zenerdiode 34
ist an die Kathode der Zenerdiode 26 angeschlossen.
Vorzugsweise ist der Operationsverstärker 30 ein Operations
verstärker, beispielsweise ein LM 108, mit einer geringen
Offsetspannung und einem geringen Eingangsvorspannungsstrom.
Der nichtinvertierende Eingang 36 des Operationsverstärkers
30 ist mit der Ionisations-Ermittlungsspannung vorgespannt.
Der Operationsverstärker 30 erhält weiterhin Energieversor
gungsspannungen VBias+ΔV am Eingang 38 und eine Spannung
VBias-ΔV beim Eingang 40. Vorzugsweise liegt VBias in der
Größenordnung von 40 Volt und ΔV in der Größenordnung von 10
Volt.
Ein erster Rückkopplungsschaltkreis in der Form eines Rück
kopplungswiderstands 42, vorzugsweise 499 Kiloohm, ermög
licht das Erzeugen eines Spiegelbildes (um 40 V herum) der
Ionisations-Ermittlungsspannung von dem Invertiereingang 28
zum Ausgang des Operationsverstärkers 30.
Nachdem die Ionisations-Ermittlungsspannung an die Zündkerze
18 angelegt worden ist, erzeugt der Operationsverstärker 30
an seinem Ausgang ein Signal, dessen Größe auf dem Eingangs
spannungssignal basiert, das am Knoten 24 erscheint. Die
Größe des Ausgangssignals vom Operationsverstärker 30 wird
mit einem vorgegebenen Grenzwert - wie z. B. einer
Zünd-Ermittlungsspannung - in einer allgemein mit 44 bezeichneten
Grenzwerteinrichtung verglichen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun die Grenzwerteinrich
tung 44 näher beschrieben. Ein Eingangssignal der Grenzwert
einrichtung 44 wird aus dem Ausgangssignal des Operations
verstärkers 30 erhalten. Die Einrichtung 44 weist Widerstän
de 64, 66 und 68, Kondensatoren 70 und 72 sowie einen Opera
tionsverstärker 74 auf, die gemeinsam einen Umkehrverstärker
mit dem Verstärkungsfaktor Eins ausbilden. Vorzugsweise ist
der Operationsverstärker 74 ein LM 124. Die Widerstände 64
und 66 weisen vorzugsweise einen Wert von 35,7 Kiloohm, der
Widerstand 68 einen Wert von 17,8 Kiloohm, der Kondensator
70 einen Wert von 0,039 Mikrofarad und der Kondensator 72
einen Wert von 0,01 Mikrofarad auf. Mit dieser Konfiguration
wird eine Filter-Grenzfrequenz (cutoff-frequency) von 320 Hz
mit einer Dämpfung von 40 dB pro Dekade erreicht.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 74 ist ein Si
gnal, das um eine Vorspannungs-Gleichspannung von 40 V (Vdc)
zentriert ist. Wenn eine Ionisation vorhanden ist, fällt das
Ausgangssignal des Operationsverstärkers 74 von dem 40
Vdc-Bezugswert um einen Betrag ab, der der Größe der Ionisation
proportional ist.
Die Einrichtung 44 weist weiterhin Widerstände 76 und 78
(vorzugsweise 10 Kiloohm bzw. 182 Kiloohm) und einen Opera
tionsverstärker 80, vorzugsweise einen LM 139, auf. Die Wi
derstände 76 und 78 bilden einen Spannungsteiler, durch den
das Grenzwertniveau des Komparators 80 bestimmt wird.
Die Einrichtung 44 weist weiterhin Widerstände 82 und 84,
die vorzugsweise Werte von 10 Kiloohm bzw. 1 Megaohm haben,
und einen Kondensator 86 auf, der vorzugsweise eine Kapazi
tät von 200 Picofarad besitzt.
Die Höhe der Grenzwertspannung ist im Ausführungsbeispiel
auf 39,5 Vdc festgesetzt. Wenn das Ausgangssignal des Opera
tionsverstärkers 74 unter 39,5 Vdc fällt, schaltet das Aus
gangssignal des Komparators 80 auf die untere Schienenspan
nung von 30 Vdc. Falls das Ausgangssignal des Operationsver
stärkers 74 oberhalb von 39,5 Vdc liegt, wird das Ausgangs
signal des Komparators 80 durch den Widerstand 88, vorzugs
weise 20 Kiloohm, auf 50 Vdc hochgezogen. Falls das Aus
gangssignal des Komparators 80 auf einem niedrigen Niveau
ist, wird der Transistor 90 vorgespannt, was wiederum eine
Vorspannung für den Transistor 92 bewirkt, wodurch der Tran
sistor 92 schaltet, was das digitale Ausgangssignal auf das
Grundniveau zieht, wodurch das Niveau von VBias zzgl. AV zum
Grundniveau verschoben wird. Die Einrichtung 44 enthält Wi
derstände 94, 96, 98 und 100, die vorzugsweise Werte von 100
Kiloohm, 51 Kiloohm, 390 Kiloohm bzw. 51 Kiloohm aufweisen.
Damit liegt die Eingangsspannung zum Operationsverstärker 80
unter 39,5 Vdc und das digitale Ausgangssignal bei null
Volt, wenn die Stärke des Ionisationsflusses bzw. -stroms 1
Mikroampere überschritten hat. Falls die Stärke des Ionisa
tionsstroms unter 1 Mikroampere liegt, liegt die Eingangs
spannung zum Operationsverstärker 80 über 39,5 Vdc, und der
Transistor 92 mit dem digitalen Ausgangssignal wird abschal
ten und die Ausgangsspannung wird auf eine Höhe hochgezogen,
die von der Ermittlungslogik 22 festgelegt ist. Der Ausgang
der Grenzwerteinrichtung 44 ist an die Ermittlungslogik 22
gekoppelt, um zu bestimmen, ob ein Fehlzündungs-Ausgangs
signal von der Ermittlungslogik 22 wie zuvor beschrieben er
zeugt werden soll.
Die beiden Zenerdioden 26 und 34 dienen dazu, einen Zener
dioden-Leckstrom zu vermeiden. Hierzu wird ein Schutzspan
nungssignal wird von einem zweiten Operationsverstärker er
zeugt, der allgemein in Fig. 1 mit 46 bezeichnet ist, zusam
men mit seiner entsprechenden Rückkopplungsschaltungsanord
nung, die allgemein mit 48 bezeichnet ist. Das Schutzspan
nungssignal wird auf den Knoten oder die Verbindung 50 zwi
schen den beiden Zenerdioden 34 und 26 angelegt. Die Schutz
spannung wird von dem den Operationsverstärker 46 umgebenden
Rückkopplungsschaltkreis 48 reguliert, um der Eingangsspan
nung zu folgen, die an der Kathode der Zenerdiode 34 auf
tritt. Vorzugsweise ist der Operationsverstärker ein LM 124
und der Rückkopplungsschaltkreis 48 ein kapazitiver Wider
standsschaltkreis, bei dem Widerstände 52 und 54 Werte von
100 Kiloohm, ein Widerstand 56 einen Wert von 20 Kiloohm und
ein Kondensator 58 einen Wert von 51 Picofarad aufweisen.
Da die Schutzspannung im wesentlichen dieselbe ist wie die
am Knoten 24 auftretende Eingangsspannung, ist kein Leck
stromfluß durch die Zenerdiode 34 vorhanden. Daher ist jede
der Grenzwerteinrichtung 44 zugeführte Spannung ausschließ
lich dem Ionisationsstrom zuzuordnen. Daher können wesent
lich niedrigere Signalstärken ermittelt werden.
Der Ionisations-Ermittlungsschaltkreis 20 ist lediglich für
einen einzigen Kanal dargestellt. Identische Schaltkreise
sind für jeden Kanal erforderlich. Ein einzelner Kanal kann
zwei Zylinder überwachen, die in einem Abstand von 360 Grad
zünden. Zusätzliche Kanäle werden von zusätzlichen Schalt
kreisen 20 überwacht, welche jeweils an die Ermittlungslogik
22 angekoppelt werden können, wie durch den Grenzwert- und
Translator-Block für andere Spulensysteme 102 angedeutet.
Die Ermittlung des Verbrennungszustandes im Motor wird nun
unter Bezugnahme auf das in Fig. 4 dargestellte Diagramm nä
her beschrieben. Wenn die Zündungseinstellung innerhalb des
ersten Fensters 64 liegt (Block 102), wird der Ionenstrom
bzw. -fluß mit einer Rate i abgefragt (Block 104). Wenn der
abgefragte Ionenstrom Ii größer als ein Grenzwert TH ist
(Block 108), wird bei Block 112 ein Anzeigeimpuls erzeugt.
Wenn die Anzahl der Anzeigeimpulse größer als ein Grenzwert
ist, der in diesem besonderen Beispiel gleich 2 gesetzt ist
(Blöcke 116, 118), wird bei Block 122 ein gutes Verbren
nungsereignis angezeigt.
Wenn die Zündungseinstellung im zweiten Fenster 66 liegt
(Block 124) und ein gutes Verbrennungsereignis während des
Verbrennungsfensters 64 nicht angezeigt wurde (Block 128),
wird der Zündstrom mit einer Rate i abgefragt (Block 132).
Wenn der abgefragte Ionenstrom Ii größer als ein Grenzwert TH
(Block 136) ist, wird ein Anzeigeimpuls bei Block 140 er
zeugt. Wenn die Anzahl derartiger Anzeigeimpulse (Block 142)
größer als ein vorgewählter Wert ist, der in diesem Beispiel
gleich 4 gesetzt ist, wird eine Langsam-Verbrennungsanzeige
erzeugt (Blöcke 144 und 146).
Wenn andererseits die Anzahl der Anzeigeimpulse größer als
ein anderer vorgewählter Wert ist, der in diesem besonderen
Beispiel gleich 2 gesetzt ist (Block 150), wird ein minima
les oder Spätverbrennungsereignis bei Block 152 angezeigt.
Wenn die Anzahl derartiger Impulse geringer als der vorge
wählte Wert ist, der in diesem besonderen Beispiel gleich 2
ist (Block 150), wird eine Fehlzündungsanzeige bei Block 156
erzeugt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird nun der Einsatz der Ver
brennungsanzeige oder der Verbrennungsflags in einem bei
spielhaften Motorsteuerungssystem näher erläutert. In diesem
Beispiel wird das Motorsteuerungssystem bei einem Magerge
misch-Motorbetrieb angewendet, wobei der Motor bei einem ma
geren bzw. überstöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis
arbeitet, um eine verbesserte Kraftstoffausnutzung zu errei
chen. Eine Schwierigkeit bei einem derartigen Magerbetrieb
besteht darin, daß eine Luft-/Kraftstoff-Regelung, die auf
einen Abgassauerstoffsensor anspricht, nicht praktikabel
ist, da herkömmliche Abgassauerstoffsensoren Informationen
nur bei stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen
liefern. Ohne Luft-/Kraftstoff-Steuerung kann der Motor in
unerwünschter Weise bei derartig mageren Luft-/Kraft
stoff-Verhältnissen betrieben werden, daß Motor-Fehlzündungen oder
ein rauher Betrieb auftreten. Wie nachfolgend näher be
schrieben, werden die gem. Fig. 4 erzeugten Verbrennungsan
zeigen verwendet, um einen derartigen rauhen Motorbetrieb
oder eine Fehlzündung zu korrigieren und dabei eine optimale
Kraftstoffsparsamkeit beizubehalten.
Wenn ein Magergemischbetrieb angezeigt ist (Block 202), wird
das gewünschte bzw. Soll-Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AFd auf
einen Magerwert gesetzt, beispielsweise in einem Bereich
zwischen 18-22 lbs.Luft/lb.Kraftstoff (Block 206).
Wenn der Ionenstrom-Abfragetest für einen bestimmten Zylin
der abgeschlossen ist (Block 210), werden die Verbrennungs
anzeigen oder Verbrennungsflags bei Block 214 gelesen. An
ders ausgedrückt, wenn die während der Fenster 64 und 66
durchgeführten Ionenstromabfragen abgeschlossen sind, werden
die von dem in Fig. 4 dargestellten Vorgang erzeugten Ver
brennungsanzeigeflags während Block 214 gelesen. Insbesonde
re werden bei Block 214 die Anzeigen für "gute Verbrennung",
"Langsam- bzw. Dauer-Verbrennung" und "Fehlzündung" gelesen.
Der dem Motor zugeführte Kraftstoff wird dann bei Block 218
entsprechend den oben beschriebenen Verbrennungsanzeigen
eingestellt. Der Betrag der Änderung hängt insbesondere vom
Wert des Verbrennungsanzeigeflags ab. Beispielsweise wird
der Motor-Luft-/Kraftstoff-Betrieb mehr in Richtung "fett"
geändert, wenn eine Fehlzündung angezeigt wurde, als wenn
eine Langsam-Verbrennung angezeigt wurde.
Das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird dagegen nicht geändert
oder weiter abgemagert, wenn eine gute Verbrennung angezeigt
wurde.
Claims (15)
1. Verfahren zum Bestimmen einer Verbrennungsqualität in
einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors mit
folgenden Schritten:
Erzeugen eines ersten Fensters (64) von einer ersten vorbestimmten Dauer nach einem Zündereignis in der Ver brennungskammer;
Erzeugen eines zweiten Fensters (66) von einer zweiten vorbestimmten Dauer nach dem ersten Fenster (64);
Abfragen eines Ionenstroms in der Verbrennungskammer bei vorgegebenen Abfragezeiten während des ersten Fensters (64);
Abfragen des Ionenstroms in der Verbrennungskammer bei vorgegebenen Abfragezeiten während des zweiten Fensters (66) und
Erzeugen einer Verbrennungszustandsanzeige basierend auf den Ionenstromabfragen während des ersten Fensters (64) und basierend auf den Ionenstromabfragen während des zweiten Fensters (66).
Erzeugen eines ersten Fensters (64) von einer ersten vorbestimmten Dauer nach einem Zündereignis in der Ver brennungskammer;
Erzeugen eines zweiten Fensters (66) von einer zweiten vorbestimmten Dauer nach dem ersten Fenster (64);
Abfragen eines Ionenstroms in der Verbrennungskammer bei vorgegebenen Abfragezeiten während des ersten Fensters (64);
Abfragen des Ionenstroms in der Verbrennungskammer bei vorgegebenen Abfragezeiten während des zweiten Fensters (66) und
Erzeugen einer Verbrennungszustandsanzeige basierend auf den Ionenstromabfragen während des ersten Fensters (64) und basierend auf den Ionenstromabfragen während des zweiten Fensters (66).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Motor vorgesehen ist,
um den Motor bei einem ersten überstöchiometrischen
Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, und daß eine
Erhöhung der zugeführten Kraftstoffmenge als Reaktion
auf die Verbrennungszustandsanzeige vorgesehen ist, um
den Motor bei einem zweiten überstöchiometrischen Luft-
/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, welches fetter als
das erste Luft-/Kraftstoff-Verhältnis ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Schritt der Erzeugung einer Verbrennungsan
zeige ferner einen Schritt der Erzeugung eines ersten
Verbrennungsanzeigezustands basierend auf den Ionen
stromabfragen aufweist, die während des ersten Fensters
(64) stattfinden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt der Erzeugung einer Verbrennungsanzeige ei
nen Schritt der Erzeugung eines zweiten Verbrennungsan
zeigezustands, der auf den Ionenstromabfragen basiert,
die während des zweiten Fensters (66) stattfinden, beim
Fehlen des ersten Verbrennungsanzeigezustands, aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt der Erzeugung einer Verbrennungsanzeige ei
nen Schritt der Erzeugung eines dritten Verbrennungsan
zeigezustands basierend auf den Ionenstromabfragen, die
während des zweiten Fensters (66) stattfinden, beim Feh
len sowohl des ersten Verbrennungsanzeigezustands als
auch des zweiten Verbrennungsanzeigezustands, aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß der Schritt der Erzeugung eines zweiten Ver
brennungsanzeigezustands einen Schritt der Erzeugung ei
ner Anzeige einer Langsam-Verbrennung in der Verbren
nungskammer aufweist.
7. Verfahren zum Einstellen des einem Verbrennungsmotor zu
geführten Kraftstoffes als Antwort auf eine Ermittlung
der Verbrennungsqualität in einer Verbrennungskammer des
Motors mit folgenden Schritten:
Erzeugen eines ersten Fensters (64) von einer ersten vorbestimmten Dauer nach einem Zündereignis in der Ver brennungskammer und eines zweiten Fensters (66) von ei ner zweiten vorbestimmten Dauer nach dem ersten Fenster;
Abfragen des Ionenstroms in der Verbrennungskammer bei vorgegebenen Abfragezeiten während des ersten Fensters (64) und bei vorgegebenen Abfragezeiten während des zweiten Fensters (66);
Erzeugen einer ersten Anzahl von Vergleichen jeder Io nenstromabfrage, die während des ersten Fensters (64) stattfindet, mit einem ersten Grenzwert und Erzeugen ei ner zweiten Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromab frage, die während des zweiten Fensters (66) stattfin det, mit einem zweiten Grenzwert; und
Einstellen des dem Motor zugeführten Kraftstoffes abhän gig von den ersten und den zweiten Vergleichsanzahlen.
Erzeugen eines ersten Fensters (64) von einer ersten vorbestimmten Dauer nach einem Zündereignis in der Ver brennungskammer und eines zweiten Fensters (66) von ei ner zweiten vorbestimmten Dauer nach dem ersten Fenster;
Abfragen des Ionenstroms in der Verbrennungskammer bei vorgegebenen Abfragezeiten während des ersten Fensters (64) und bei vorgegebenen Abfragezeiten während des zweiten Fensters (66);
Erzeugen einer ersten Anzahl von Vergleichen jeder Io nenstromabfrage, die während des ersten Fensters (64) stattfindet, mit einem ersten Grenzwert und Erzeugen ei ner zweiten Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromab frage, die während des zweiten Fensters (66) stattfin det, mit einem zweiten Grenzwert; und
Einstellen des dem Motor zugeführten Kraftstoffes abhän gig von den ersten und den zweiten Vergleichsanzahlen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
es einen Schritt der Erzeugung eines ersten Verbren
nungsanzeigezustands basierend auf der ersten Vergleich
sanzahl aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
es einen Schritt der Erzeugung eines zweiten Verbren
nungsanzeigezustands basierend auf der zweiten Ver
gleichsanzahl beim Fehlen des ersten Verbrennungsanzei
gezustands aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich
net, daß der Motor mit einem mageren Luft-/Kraftstoff-Ver
hältnis betrieben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt des Einstellens des Kraftstoffes eine erste
Einstellung zu einem fetteren Luft-/Kraftstoff-Ver
hältnis hin als Antwort auf das Fehlen des ersten
Verbrennungsanzeigezustands bewirkt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt des Einstellens des Kraftstoffes eine zweite
Einstellung zu einem fetteren Luft-/Kraftstoff-Verhält
nis hin als Antwort auf den zweiten Verbrennungsanzeige
zustand bewirkt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schritt des Abfragens des Ionen
stroms einen Schritt des Anlegens einer elektrischen
Energie an Elektroden einer Zündkerze (18), die an die
Zündkammer gekoppelt ist, und des Messens des Ionen
stroms zwischen den Elektroden aufweist.
14. Vorrichtung mit
einem Computerspeichermedium (22), in das ein Computer programm eincodiert ist, um einen Computer zu veranlas sen, den einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff als Antwort auf eine Ermittlung einer Verbrennungsquali tät in einer Verbrennungskammer des Motors einzustellen, mit:
Fenster erzeugenden Codemitteln, die einen Computer ver anlassen, ein erstes Fenster (64) von einer vorbestimm ten Dauer nach einem Zündereignis in der Verbrennungs kammer und ein zweites Fenster (66) von einer zweiten vorbestimmten Dauer nach dem ersten Fenster (64) zu er zeugen;
Abfrage-Codemitteln, die einen Computer veranlassen, ei nen Ionenstrom in der Verbrennungskammer bei vorbestimm ten Abfragezeiten während des ersten Fensters (64) und bei vorgegebenen Abfragezeiten während des zweiten Fen sters (66) abzufragen,
Vergleichs-Codemitteln, die einen Computer veranlassen, eine erste Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromabfra ge, die während des ersten Fensters stattfindet, mit ei nem ersten Grenzwert zu erzeugen und eine zweite Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromabfrage, die während des zweiten Fensters stattfindet, mit einem zweiten Grenz wert zu erzeugen und
Einstell-Codemitteln, die einen Computer veranlassen, den dem Motor zugeführten Kraftstoff als Antwort auf die erste und die zweite Vergleichsanzahl einzustellen.
einem Computerspeichermedium (22), in das ein Computer programm eincodiert ist, um einen Computer zu veranlas sen, den einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff als Antwort auf eine Ermittlung einer Verbrennungsquali tät in einer Verbrennungskammer des Motors einzustellen, mit:
Fenster erzeugenden Codemitteln, die einen Computer ver anlassen, ein erstes Fenster (64) von einer vorbestimm ten Dauer nach einem Zündereignis in der Verbrennungs kammer und ein zweites Fenster (66) von einer zweiten vorbestimmten Dauer nach dem ersten Fenster (64) zu er zeugen;
Abfrage-Codemitteln, die einen Computer veranlassen, ei nen Ionenstrom in der Verbrennungskammer bei vorbestimm ten Abfragezeiten während des ersten Fensters (64) und bei vorgegebenen Abfragezeiten während des zweiten Fen sters (66) abzufragen,
Vergleichs-Codemitteln, die einen Computer veranlassen, eine erste Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromabfra ge, die während des ersten Fensters stattfindet, mit ei nem ersten Grenzwert zu erzeugen und eine zweite Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromabfrage, die während des zweiten Fensters stattfindet, mit einem zweiten Grenz wert zu erzeugen und
Einstell-Codemitteln, die einen Computer veranlassen, den dem Motor zugeführten Kraftstoff als Antwort auf die erste und die zweite Vergleichsanzahl einzustellen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß das Computerspeichermedium (22) einen Speicherchip
aufweist.
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