-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Detektieren des Verbrennungszustandes in einer Brennkraftmaschine
durch Detektieren einer Änderung
der Ionenmenge, die im Zeitpunkt der Kraftstoff-Verbrennung in einem
Zylinder der Brennkraftmaschine erzeugt werden, wobei die Brennkraftmaschine
(nachfolgend häufig
auch "Verbrennungsmotor" genannt) auch eine
Einrichtung zum Detektieren von Klopfen und zum Verarbeiten von
Klopfsignalen bei Auftreten von Fehlzündungen aufweist.
-
Allgemein erfolgt in einem Verbrennungsmotor,
der durch mehrere Zylinder angetrieben wird, eine Komprimierung
des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das aus Luft und Kraftstoff besteht
und in die Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder eingeführt wird,
durch Aufwärtsbewegung
der Kolben, und elektrische Funken werden durch Anlegen einer hohen
Zündspannung
an die Zündkerzen
erzeugt, die in den jeweiligen Verbrennungskammern angeordnet sind,
und eine im Zeitpunkt der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches
entwickelte Explosionskraft wird in eine Kraft zur Abwärtsbewegung
der Kolben umgesetzt, um hieraus ein Drehmoment in einer Kurbelwelle
des Verbrennungsmotors zu gewinnen.
-
Es ist bekannt, dass aufgrund der
Tatsache, dass Moleküle
in den Verbrennungskammern dann ionisiert werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch
in den Verbrennungskammern verbrannt ist, Ionen mit elektrischen
Ladungen in den Brennkammern als Ionenstrom fließen, wobei eine Vorspannung
an in den Verbrennungskammern angeordneten Ionenstrom-Detektionselektroden
angelegt werden. Diese Elektroden werden üblicherweise als Zündkerzenelektroden
eingesetzt.
-
Weiterhin ist bekannt, dass sich
der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors durch Detektion eines
Zustands detektieren lässt,
bei dem ein Ionenstrom auftritt, da sich der Ionenstrom entsprechend
von Änderungen
des Verbrennungszustandes in den Verbrennungskammern deutlich verändert.
-
Aus der
DE 198 22 296 A1 und der
nicht vorveröffentlichten
DE 197 55 255 A1 ist
es bekannt, bei Brennkraftmaschinen für das Ermitteln von Klopfen eine
Detektionsperiode fest vorzugeben.
-
Ferner ist es aus der
DE 198 21 722 A1 bekannt,
beim Detektieren von Klopfen eine bestimmte Klopferfassungsperiode
einzustellen.
-
Aus der Druckschrift
JP 10-231733 A ist eine Vorrichtung
zum Detektieren des Verbrennungszustandes in einer Brennkraftmaschine
bekannt, die im folgenden anhand von
8 und
9 der Zeichnungen näher beschrieben
wird.
-
8 zeigt
ein Blockschaltbild eines dort offenbarten Beispiels für die Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
-
Wie in 8 gezeigt,
ist eine Anode einer Batterie 1, die in einem Fahrzeug
montiert ist, mit einem Ende einer Primärwicklung 2a einer
Zündspule verbunden,
während
das andere Ende der Primärwicklung 2a über einen
Leistungstransistor 3 mit Masse verbunden ist: Ein Emitter
des Leistungstransistors ist zum Unterbrechen der Zuführung eines
Primärstroms
geerdet.
-
Eine Sekundärwicklung 2b der Zündspule 2 ist
in Wechselwirkung mit der Primärwicklung 2a,
und eine Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b ist mit
einem Ende einer Zündkerze 4 in
Zuordnung zu jedem (nicht gezeigten) Zylinder verbunden, und zwar
zum Ausgeben einer Hochspannung negativer Polarität im Zeitpunkt
der Zündsteuerung.
-
An die mit Gegenelektroden aufgebaute Zündkerze 4 wird
eine Zündhochspannung
zum Entladen und Zünden
des Kraftstoff-Luft-Gemisches
in jedem der Zylinder angelegt.
-
Die Zündspule 2 und die
Zündkerze 4 sind parallel
für jeden
der Zylinder angeordnet, jedoch sind in diesem Beispiel lediglich
ein Paar der Zündspule 2 und
der Zündkerze 4 jeweils
gezeigt.
-
Eine Vorspannspannung 5 enthält einen Kondensator 5a,
der mit einer Niederspannungsseite der Sekundärwicklung 2b verbunden
ist, sowie eine Vorspannspannungs-Begrenzungs-Zenerdiode 5b, die
parallel an dem Kondensator 5a angeschlossen ist, und eine
Diode 5c, die zwischen dem Kondensator 5a und
Masse angeordnet ist. Eine Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 6 enthält einen
Widerstand 6a, der parallel zu der Diode 5c angeschlossen
ist.
-
Eine Serienschaltung, die aus dem
Kondensators 5a und der Diode 5c und der Zenerdiode 5b in Parallelschaltung
zu dem Kondensator 5a besteht, ist zwischen der Niederspannungsseite
der Sekundärwicklung 2 und
Masse angeschlossen, um hierdurch einen Ladepfad zum Laden des Kondensators 5a mit der
Vorspannspannung im Zeitpunkt der Erzeugung des Zündstroms
zu bilden.
-
Während
dem Abschaltzustand des Leistungstransistors 3 (im Zeitpunkt
der Unterbrechung der Zuführung
eines Stroms zu der Primärwicklung 2a)
wird der Kondensator 5a mit dem Sekundärstrom geladen, der durch die
Zündkerze 4 fließt, der
aufgrund einer von der Sekundärwicklung 2b ausgegebenen
Hochspannung fließt.
Die Ladespannung wird auf eine vorgegebene Vorspann-Spannung (von
beispielsweise mehreren hundert Volt) durch die Zenerdiode 5c begrenzt,
und sie dient als Ionenstrom-Detektions-Vorspannvorrichtung, d.h.
als Energieversorgung.
-
Der Widerstand 6a in der
Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 6 wandelt einen Ionenstrom,
der aufgrund der Vorspannspannung fließen kann, in eine Spannung
um, damit die derart umgesetzte Spannung an eine Klopfsignal-Erzeugungsschaltung 7 und
einer Verzögerungsschaltung 8 als Ionenstrom-Detektionssignal
ausgegeben wird. Die Klopfsignal-Erzeugungsschaltung 7 besteht
aus einer Filterschaltung 7a und einer Komparatorschaltung 7b.
Die Filterschaltung 7a extrahiert die hochfrequente Schwingungskomponente
in einer Ionenstrom-Detektionssignalform im Zeitpunkt der Erzeugung
des Klopfens. Die Komparatorschaltung 7b vergleicht die
Ausgangsgröfle
der Filterschaltung 7a mit einem vorgegebenen Referenzwert
Vc, und sie setzt ein Vergleichsergebnis in eine rechteckförmige Welle um.
-
Die Verzögerungsschaltung 8 enthält einen Operationsverstärker 8a,
einen Widerstand 8b, der zwischen einem positiven Energieversorgungsanschluß VB und Masse angeschlossen ist, sowie einen Kondensator 8c.
Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 8a ist
mit der Ausgangsseite der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 6 verbunden,
und der invertierende Eingangsanschluß hiervon ist mit einem negativen
Energieversorgungsanschluß mit
einem vorgegebenen Referenzwert Va verbunden, und der Ausgangsanschluß hiervon
ist mit einem Knoten des Widerstands 8b und des Kondensators 8c verbunden.
-
Eine Komparatorschaltung 9 enthält einen Operationsverstärker 9a und
einen Widerstand 9b. Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 9a ist
mit der Ausgangsseite der Verzögerungsschaltung 8 verbunden,
der invertierende Eingangsanschluß hiervon ist mit dem negativen
Energieversorgungsanschluß mit
dem vorgegebenen Referenzwert Vb verbunden, und der Ausgangsanschluß hiervon
ist mit der positiven Energieversorgung VB über den
Widerstand 9b verbunden, und er ist ebenso mit der Basis
des Transistors 10 verbunden. Der Emitter des Transistors 10 ist
geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit dem positiven Energieversorgungsanschluß VB über
einen Widerstand 11 verbunden, und er ist ebenso mit der
Basis eines Transistors 12 verbunden.
-
Der Emitter des Transistors 12 ist
geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit der Ausgangsseite der
Komparatorschaltung 7b verbunden, die mit der Basis des
Transistors 14 verbunden ist und ebenso mit dem positiven
Energieversorgungsanschluß VB über
einen Widerstand 13. Der Emitter des Transistors 14 ist
geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit einer ECU- (Engl.: electronic
control unit)-Einheit 15 verbunden. Die Strukturelemente 5 bis 14 bilden
eine Kraftstoffzustands-Detektorschaltung 20.
-
Die mit einem Mikrocomputer aufgebaute ECU-Einheit 15 beurteilt
einen Verbrennungszustand in dem Verbrennungsmotor auf der Grundlage
des Ionenstrom-Detektionssignals, und detektiert die ECU-Einheit 15 die
Verschlechterung des Verbrennungszustands, so führt sie geeignet eine adaptive Steuerung
derart durch, daß nicht
irgendein Mißstand
bewirkt wird.
-
Die ECU-Einheit 15 bestimmt
arithmetisch betriebsgemäß einen
Zündzeitablauf
und so weiter, und zwar auf der Grundlage der anhand mehrerer (nicht
gezeigter) Sensoren erhaltenen Antriebsbedingungen, und sie gibt
nicht nur ein Zündsignal
an den Leistungstransistor 3 aus, sondern auch ein Kraftstoffeinspritzsignal
an einen (nicht gezeigten) Einspritzer für jeden Zylinder, sowie Antriebssignale
an mehrere Stellglieder (Drosselklappe, ISC-Ventil, usw.).
-
Anschließend wird der Betrieb der in 8 gezeigten üblichen
Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor unter Bezug
auf die 9A bis 9F gezeigt. Auf der linken Seite
zeigen die 9A bis 9F Signalformen, die in den
jeweiligen Schaltungsabschnitten dann auftreten, wenn der Verbrennungsmotor
in einem Zustand mit niedriger Umdrehung bzw. Drehzahl vorliegt,
wohingehend die rechte Seite der 9A bis 9F Signalformen für den Fall
zeigen, in dem er sich in einem Zustand mit hoher Drehzahl befindet.
-
Allgemein bestimmt die ECU-Einheit 15 arithmetisch
betriebsgemäß den Zündzeitablauf
usw. in Übereinstimmung
mit den Antriebsbedingungen, und sie führt das in 9A gezeigte Zündsignal B auf der Basis des
Leistungstransistors 3 mit einem gewünschten Steuerzeitablauf zum
Steuern des An/Abschaltbetriebs des Leistungstransistors 3 zu.
-
Im Ergebnis unterbricht der Leistungstransistor 3 die
Zuführung
des in der Primärwicklung 2a der Zündspule 2 fließenden Primärstroms,
zum Anheben der Primärspannung,
und er entwickelt auch die Zündhochspannung
(beispielsweise mehrere 10 kV) bei der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b.
-
Die Sekundärspannung liegt an der Zündspule 4 für jeden
der Zylinder an, und sie ermöglicht das
Erzeugen eines Entladungsfunken in der Verbrennungskammer in einem
Zylinder mit Zündsteuerung
zum Verbrennen des Luft-Kraftstoff-Gemisches. Ist in dieser Situation die
Verbrennungszustand normal, so wird eine erforderliche Menge an
Ionen am Rand der Zündkerze 4 und
in der Verbrennungskammer erzeugt.
-
Wie oben beschrieben, beginnt anschließend dann,
wenn der Leistungstransistor in Ansprechen auf das Zündsignal
P angeschaltet ist, die Zuführung
des Stroms zu der Primärwicklung 2a,
um hierdurch die Spannung der positiven Polarität bei der Hochspannungsseite
der Sekundärwicklung 2b zu
entwickeln.
-
Hiernach lädt im Zeitpunkt des Unterbrechens
des Primärstroms
der Sekundärstrom
den Kondensator 5a zu einer vorgegebenen Spannung dann,
wenn sich die hohe Zündspannung
bei der Hochspannungsseite und der Sekundärwicklung 2b entwickelt,
um bei der Zündkerze 4 eine
Entladung zu erreichen.
-
Weiterhin fließt aufgrund der Tatsache, daß Ionen
durch die Entladung der Zündkerze 4 erzeugt werden,
der Ionenstrom i in einer Richtung, die in der 8 anhand eines strichlierten Pfeils gezeigt
ist, und das Ergebnis hiervon wird ein Ionenstrom-Detektionssignal
S1 erhalten, dem ein Rauschanteil oder ein Hochfrequenzanteil aufgrund
des Klopfens überlagert
ist, wie in 9B gezeigt.
-
Das Ionenstrom-Detektionssignal S1
wird der Verzögerungsschaltung 8 zugeführt, wo
es mit einem vorgegebenen Referenzwert Va verglichen wird, so daß es an
der Ausgangsseite hiervon als Signal S2 ausgegeben wird, das in 9c gezeigt ist. Das Signal
S2 wird mit einem vorgegebenen Referenzwert Vb durch die nachfolgende
Komparatorschaltung 9 verglichen, so daß ein in 9B gezeigtes Pulssignal S3, das gemäß einem
vorgegebenen Umfang ausgehend von dem Anstieg des Ionenstrom-Detektionssignals
S1 verzögert
ist, bei der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 9 ausgegeben
wird.
-
Das Pulssignal S3 wird dem Transistor 10 als Schaltsignal
so zugeführt,
daß der
Transistor 10 angeschaltet und der Transistors 12 abgeschaltet
ist, wenn das Pulssignal S3 auf einem hohen Pegel liegt, wohingehend
der Transistor 10 abgeschaltet und der Transistor 12 angeschaltet
ist, wenn das Pulssignal S3 auf einem niedrigen Pegel liegt.
-
Andererseits wird das Ionenstrom-Detektionssignal
S1 von der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 6 der Filterschaltung 7a in
der Klopfsignal-Erzeugungsschaltung 7 zugeführt, in
der von dem Ionenstrom-Detekionssignal S1 ein Frequenzband extrahiert
wird, das im wesentlichen dem Klopfen des Verbrennungsmotors entspricht,
und ein in 9E gezeigtes
Signal S4 wird bei der Ausgangsseite der Filterschaltung 7a ausgegeben.
-
Das Signal S4 wird der Komparatorschaltung 7b bei
einer nachfolgenden Stufe zugeführt,
indem das Signal S4 mit einem vorgegebenen Referenzwert Vc verglichen
wird, und das Vergleichsergebnis wird als Pulssignal S5 ausgegeben,
das im wesentlichen dem Auftreten des Klopfens entspricht, wie in 9F gezeigt, und zwar zu
dem Ausgangsanschluß AUS
der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20 über den
abschließenden
Transistor 14, dessen An/Abschaltbetrieb in Ansprechen
auf das Pulssignal S3 gesteuert wird, das ein Schaltsignal von der
Komparatorschaltung 9 ist.
-
In anderen Worten ausgedrückt, wird
aufgrund der Tatsache, daß der
Transistor 10 angeschaltet ist und der Transistor 12 abgeschaltet
ist, wenn das Pulssignal S13 von der Komparatorschaltung 9 auf
einem hohen Pegel liegt, der Transistor 14, dem die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 7b – so, wie
sie ist – zugeführt wird,
angeschaltet, wenn die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 7b auf
einem hohen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S4 größer als
der Referenzwert Vc ist) jedoch wird er abgeschaltet, wenn er auf
einem niedrigen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S4 niedriger als
der Referenzwert Vc ist) mit dem Ergebnis, daß das in 9F gezeigte Pulssignal S5 bei dem Ausgangsanschluß AUS der
Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20 als
ein Signal gemäß dem Auftreten
eines Klopfens erhalten wird.
-
Bei der derart strukturierten üblichen
Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für den Verbrennungsmotor
treten die nachfolgend angegebenen Probleme auf.
-
D.h., der hochfrequente Schwingungsanteil gemäß dem Klopfen
tritt ausgehend von der Spitze der Ionenstrom-Detekionssignalform auf, und es besteht
die Möglichkeit
dahingehend, daß Rauschanteile
analog zu dem hochfrequenten Anteil, die durch Klopfen verursacht
werden, in dem gesamten Bereich der Signalformen aufgrund der Verzerrung
der Signalformen enthalten sind, die durch die Schwankung des Verbrennungszustands
bewirkt wird, sowie der Überlagerung äußerer Rauschanteile,
von durch den Zündbetrieb
verursachten Rauschanteilen oder dergleichen. Aus diesem Grund entfernt
die übliche Einrichtung
die Zündrauschanteile
hauptsächlich
unmittelbar nach dem Abschließen
des Entladebetriebs durch Bereitstellen der Verzögerungsschaltung 8,
der Komparatorschaltung 9 und der Transistoren 10, 12, damit
eine vorgegebene Periode nach dem Auftreten des Ionenstrom-Detekionssignals
in eine Nicht-Detektionsperiode ausgebildet wird.
-
Andererseits variiert das Ionenstrom-Detekionssignal
im Hinblick auf die Signalform gemäß den Antriebsbedingungen eines
Motors, und es unterscheidet sich im Hinblick auf die zeitliche
Breite abhängig
von den Bedingungen. Im Ergebnis wird eine Detektionsperiode mehr
als die erforderliche Detektionsperiode verlängert, insbesondere bei einer
Bedingung mit niedriger Drehung bzw. niedriger Drehzahl, bei der
die zeitliche Breite groß ist,
wodurch derartige Probleme entstehen, daß sich das S/N-Verhältnis durch Übernahme
von mehr Rauschanteilen verschlechtert, und die Genauigkeit der
Detektion des Verbrennungszustands in dem Verbrennungsmotor, insbesondere
die Genauigkeit der Klopfdetektion, ist verschlechtert.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen,
um die den oben beschriebenen Einrichtungen innewohnenden Probleme
zu lösen,
und demnach besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der
Bereitstellung einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor, bei der ein Detektionsbereich zum Verbessern
des S/N-Verhältnisses
optimiert ist, wodurch es möglich ist,
die Detektionsgenauigkeit des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors
zu verbessern, insbesondere die Genauigkeit der Klopfdetektion.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor geschaffen, enthaltend: eine Zündspule zum Entwickeln einer
hohen Zündspannung;
eine Zündkerze, die
durch Anlegen der hohen Zündspannung
eine Entladung zum Zünden
eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors bewirkt;
eine Ionenstrom-Detekionsvorrichtung
mit einer Vorspannvorrichtung zum Anlegen einer Vorspann-Spannung
an die Zündkerze,
zum Detektieren eines Ionenstroms gemäß der Menge der Ionen, die in
dem Zylinder erzeugt werden, in dem das Luft-Kraftstoff-Gemisches verbrannt
wird, in der Form eines Ionenstrom-Detekionssignals; eine Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung
zum Erzeugen eines Klopfentscheidungssignals zum Darstellen eines
Zustands mit auftretendem Klopfen in dem Verbrennungsmotor auf der
Grundlage des Ionenstrom-Detekionssignals;
und eine ECU-Einheit, die arithmetisch betriebsgemäß die Steuerparameter
des Verbrennungsmotors festlegt und den Verbrennungszustand in der
Zündkerze
auf der Grundlage des Ionenstrom-Detekionssignals und des Klopfentscheidungssignals
detektier; derart, daß die
Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung eine Detektionsperiode des
Klopfentscheidungssignals auf der Grundlage eines Integrierwerts
des Ionenstrom-Detekionssignals setzt.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß die Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung
enthält:
eine Filtervorrichtung zum Extrahieren eines Frequenzbands gemäß dem Klopfen
in dem Verbrennungsmotor anhand des Ionenstrom-Detekionssignals;
eine Detektions-Freigabe/Sperr-Entscheidungsvorrichtung zum Ausgeben eines
Detektions-Freigabe/Sperr-Signals zum Darstellen der Tatsache, ob
sich das Klopfsignal auf der Grundlage des Ionenstrom-Detekionssignals
detektieren läßt oder
nicht; und eine Klopfsignal-Umschaltvorrichtung zum Validieren der
Ausgabe des Klopfentscheidungssignals lediglich dann, wenn das Detektions-Freigabe/Sperr-Signal
einen Detektionsfreigabezustand darstellt.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß die Detektions-Freigabe/Sperr-Entscheidungsvorrichtung
enthält:
eine erste Komparatorschaltung, die das Ionenstrom-Detekionssignal
mit einem ersten vorgegebenen Referenzwert vergleicht; eine Integratorschaltung,
die das Ionenstrom-Detekionssignal während einer Periode integriert,
während
der das Ionenstrom- Detektionssignal
den ersten Referenzwert übersteigt,
und zwar auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses der ersten Komparatorschaltung;
und eine zweite Komparatorschaltung zum Vergleichen des Ausgangswerts
der Integratorschaltung mit einem zweiten vorgegebenen Referenzwert,
zum Ausgeben des Detektions-Freigabe/Sperr-Signals während einer
Periode, während der
der Ausgangswert der Integratorschaltung den zweiten Referenzwert übersteigt.
-
Gemäß einem vierten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß einem
der ersten bis dritten Aspekte der vorliegenden Erfindung geschaffen,
derart daß die
Ionenstrom-Detekionsvorrichtung eine Stromspiegelschaltung enthält, die
stromabwärts
zu der Vorspannvorrichtung angeodnet ist, sowie mehrere Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltungen,
derart, daß die Stromspiegelschaltung
einen Strom analog zu dem Ionenstrom-Detektionssignal zu den mehreren Strom-Spannungs-Schaltungen
und der Integratorschaltung zuführt.
-
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem dritten
oder vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart,
daß die
Integratorschaltung einen vorgegebenen Stromwert zu dem Ionenstrom-Detekionssignal
hinzufügt,
zum Integrieren des vorgegebenen Stromwerts, der dem Ionenstrom-Detekionssignal
hinzugefügt
ist.
-
Gemäß einem sechsten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß einem
dem zweiten bis fünften Aspekt
der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß die Detektions-Freigabe/Sperr-Entscheidungsvorrichtung
ferner eine Verzögerungsvorrichtung
enthält,
zum Verzögern
einer Änderung
des Ausgangszustands der ersten Komparatorschaltung über eine
vorgegebene Periode dann, wenn das Vergleichsergebnis der ersten
Komparatorschaltung den ersten Referenzwert übersteigt.
-
Gemäß einem siebten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem fünften oder
sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß der zu
der Integratorschaltung hinzugefügte
vorgegebene Stromwert so gesetzt ist, daß ein Entscheidungsstartzeitpunkt
des Detektions-Freigabe/Sperr-Signals in der Nähe des Spitzenwerts des Ionenstrom-Detekionssignals
unter allen Antriebsbedingungen positioniert ist, bei denen eine
Klopfsteuerung durchgeführt
wird.
-
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß die Verzögerungsvorrichtung
auch als Verzögerungsvorrichtung
zum Erzeugen eines Fehlzündungsentscheidungssignals dient,
mit dem entschieden wird, ob der Verbrennungsmotor eine Verbrennung
durchführt
oder nicht.
-
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich vollständiger anhand der folgenden
detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung; es
zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2A bis 2F Diagramme zum Erläutern des
Betriebs der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung
mit der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 ein
Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
4A bis 4C Diagramme zum Erläutern des
Betriebs der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung
mit der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
5 ein
Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung
mit einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
6A bis 6G Diagramme zum Darstellen des
Betriebs der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung
mit der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
7 ein
Blockschaltbild zum Darstellen der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung
mit der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
8 ein
Blockschaltbild zum Darstellen einer üblichen Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor; und
-
9A bis 9F Diagramme zum Erläutern des
Betriebs der üblichen
Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor.
-
Nun erfolgt eine detailliertere Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung.
-
Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der Teile gemäß den in 8 gezeigten anhand derselben Bezugszeichen bezeichnet
sind, und deren wiederholte Beschreibung wird weggelassen.
-
Eine Stromdetektorschaltung 21 zum
Detektieren eines Ionenstroms besteht aus einer Stromspiegelschaltung,
die aus mehreren Transistoren 21a bis 21e besteht.
Die Basis des Transistors 21a ist mit der Ausgangsseite
einer Vorspannschaltung 5 verbunden, der Kollektor hiervon
ist geerdet und der Emitter hiervon ist gemeinsam mit der Basis
des Transistors 21b und der Basis des Transistors 21c verbunden.
-
Der Kollektor des Transistors 21b ist
mit der Basis des Transistors 21a verbunden, und der Emitter
hiervon ist mit einem positiven Energieversorgungsanschluß VB verbunden. Der Kollektor des Transistors 21c ist über einen
Widerstand 22a einer ersten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 22 geerdet,
und der Emitter hiervon ist mit dem positiven Energieversorgungsanschluß VB verbunden. Weiterhin sind die Basen der
Transistoren 21d und 21e gemeinsam mit den Basen
der Transistoren 21b und 21c verbunden, und die
Emitter der Transistoren 21d und 21e sind mit
dem positiven Energieversorgungsanschluß VB gemeinsam
verbunden.
-
Der Kollektor des Transistors 21e ist über einen
Widerstand 23a einer zweiten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 23 geerdet.
-
Der Widerstand 23a der zweiten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 23 bewirkt
ein Umwandeln eines Ionenstroms, der aufgrund einer Vorspann-Spannung
fließen
kann und durch die Stromdetektorschaltung 21 als Spannung detektiert
wird, zum Ausgeben der derart umgesetzten Spannung an eine Klopfsignal-Generatorschaltung 24 als
Ionenstrom-Detekionssignal.
Die Klopfsignal-Generatorschaltung 24 besteht aus einer
Filterschaltung 24a und einer Komparatorschaltung 24b. Die
Filterschaltung 24a extrahiert einen hochfrequenten Schwingunganteil,
der in einer Ionenstrom-Detekionssignalform enthalten ist, im Zeitpunkt
des Erzeugens des Klopfens. Weiterhin vergleicht die Komparatorschaltung 24b die
Ausgangsgröße der Filterschaltung 24a mit
einem vorgegebenen Referenzwert Vc zum Umwandeln bzw. Umsetzen des
Vergleichsergebnisses in eine Rechteckwelle.
-
Ähnlich
wandelt der Widerstand 22a in der ersten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 22 einen
Ionenstrom um, der aufgrund der Vorspann-Spannung fließen kann
und der durch die Stromdetektorschaltung 21 als Spannung
detektiert wird, und zwar für
die Ausgabe der derart umgewandelten Spannung an eine erste Komparatorschaltung 25 als
Ionenstrom-Detekionssignal.
-
Die erste Komparatorschaltung 25 enthält einen
Operationsverstärker 25a.
Der nicht-invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 25a ist
mit der Ausgangsseite der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 22 verbunden,
und der invertierende Eingangsanschluß hiervon ist mit einem Referenzanschluß für einen
vorgegebenen Referenzwert Va verbunden, und der Ausgangsanschluß hiervon
ist gemeinsam mit einem Knoten eines Kondensators 26a,
der eine Integratorschaltung 26 bildet, und dem Kollektor
des Transistors 21d verbunden.
-
Eine zweite Komparatorschaltung 27 enthält einen
Operationsverstärker 27a und
einen Widerstand 27b. Der nicht-invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 27a ist
mit der Ausgangsseite der Integratorschaltung 26 verbunden,
und der invertierende Eingangsanschluß hiervon ist mit einem Referenzanschluß für den vorgegebenen
Referenzwert Vb verbunden, und der Ausgangsanschluß hiervon
ist mit dem positiven Energieversorgungsanschluß VB über den
Widerstand 27b verbunden, und er ist ebenso mit der Basis
eines Transistors 28 verbunden.
-
Die Integratorschaltung 26 lädt den Kondensator 26a mit
einem Strom analog zu dem Ionenstrom-Detekionssignal, das von der
in der Stromspiegelschaltung enthaltenen Stromdetektorschaltung 21 detektiert
wird, und zwar während
einer Periode, in der das Spannungssignal von der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 22,
das mit dem Referenzwert Vb durch die Komparatorschaltung 25 verglichen
wird, gleich oder größer als
der Referenzwert ist. Weiterhin vergleicht die Komparatorschaltung 27 die
Ladespannung des Kondensators 26a mit dem Referenzwert
Vb, und zwar zum Validieren eines Klopfentscheidungssignals, das
bei einem Ausgangsanschluß AUS
einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20A erhalten wird,
und zwar während
einer Periode, in der die Ladespannung gleich oder größer als
der Referenzwert ist.
-
Der Emitter des Transistors 28 ist
geerdet, und der Kollektor hiervorn ist mit dem positiven Energieversorgungsanschluß VB über
einen Widerstand 29 verbunden, und er ist ebenso mit der
Basis eines Transistors 30 verbunden. Der Emitter des Transistors 30 ist
geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit der Ausgangsseite der
Komparatorschaltung 24 verbunden, die mit der Basis eines
Transistors 33 über einen
Widerstand 31 verbunden ist, und ebenso mit dem positiven
Energieversorgungsanschluß VB über einen
Widerstand 32 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 33 ist
geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit einer ECU-Einheit 15 verbunden.
-
Die strukturellen Elemente 5 und 21 bis 33 bilden
eine Kraftstoffzustands-Detektorschaltung 20A. Weiterhin
bilden die strukturellen Elemente 5 und 21 bis 23 eine
Ionenstrom-Detekionsvorrichtung, und
die strukturellen Elemente 24 bis 27, 28 und 30 bilden
eine Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung, und
die strukturellen Elemente 25 bis 27 bilden eine Detektions-Freigabe-Sperr-Entscheidungsvorrichtung,
und die strukturellen Elemente 28 und 30 bilden eine
Klopfsignal-Umschaltvorrichtung.
-
Nachfolgend wird der Betrieb der
in 1 gezeigten Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
in Übereinstimmung
mit der ersten Ausführungsform
unter Bezug auf die 2A bis 2F beschrieben. Die linke
Seite der 2A bis 2F zeigen Signalformen, die
in den jeweiligen Schaltungsabschnitten dann auftreten, wenn der
Verbrennungsmotor in einem Zustand mit niedriger Umdrehung bzw.
niedriger Drehzahl vorliegt, wohingehend die rechte Seite der 2A bis 2F Signalformen zeigt, die in den jeweiligen
Schaltungsteilen dann auftreten, wenn er in dem Zustand mit hoher
Umdrehung bzw. mit hohere Drehzahl vorliegt.
-
Die ECU-Einheit 15 führt ein
in 2A gezeigtes Zündsignal
P der Basis des Leistungstransistors 3 mit einem gewünschten
Steuerzeitablauf zu, und zwar zum Steuern des Anschalt/Abschaltbetriebs
des Leistungstransistors 3. Im Ergebnis unterbricht der
Leistungstransistor 3 das Zuführen des in der Primärwicklung 2a der
Zündspule 2 fließenden Primärstroms
zum Anheben der Primärspannung, und
er entwickelt auch eine hohe Zündspannung (beispielsweise
mehrere 10 kV) bei der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b.
Ist der Verbrennungszustand normal, so wird eine erforderliche Menge
an Ionen am Rand der Zündkerze 4 und
in der Verbrennungskammer erzeugt. Dieser Betrieb ist identisch
zu demjenigen, der oben beschrieben ist.
-
Weiterhin beginnt dann, wenn der
Leistungstransistor 3 in Ansprechen auf das Zündsignal
P angeschaltet ist, das Zuführen
des Stroms zu der Primärwicklung 2a,
um hierdurch die Spannung positiver Polarität bei der Hochspannungsseite
der Sekundärwicklung 2b zu
entwickeln. Anschließend
lädt im Zeitpunkt
des Unterbrechens des Primärstroms dann,
wenn die hohe Zündspannung
an der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b zum Bewirken
einer Entladung der Zündkerze 4 entwickelt ist,
der Sekundärstrom
den Kondensator 5a bis zu einer vorgegebenen Spannung.
Dieser Betrieb ist identisch zu demjenigen, der oben beschrieben
ist.
-
Da Ionen aufgrund der Entladung bei
der Zündkerze 4 auftreten,
fließt
der Ionenstrom i über die
Stromdetektorschaltung 21 entlang einer Richtung, die in 1 durch einen strichlierten
Pfeil bezeichnet ist, so daß ein
analoger Strom ebenso in die Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltungen 22 und 23 fließt, und
als Ergebnis wird ein Ionenstrom-Detekionssignal S1 bei den Ausgangsseiten der
Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltungen 22 und 23 erhalten,
dem – wie
in 2B gezeigt – ein hochfrequenter
Anteil aufgrund der Rauschkomponente oder dem Klopfen überlagert
ist.
-
Das bei der Ausgangsseite der ersten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 22 erhaltene
Ionenstrom-Detektionssignal S1 wird der Komparatorschaltung 25 zugeführt, in
der es mit dem vorgegebenen Referenzwert Va verglichen und durch die
Integratorschaltung 26 integriert wird, so daß es an
der Ausgangsseite hiervon als ein Signal S6 ausgegeben wird, das
in 2C gezeigt ist. Das
Signal S6 wird mit dem vorgegebenen Referenzwert Vw durch die nachfolgende
Komparatorschaltung 27 verglichen, so daß ein in 2D gezeigtes Pulssignal S7,
das um eine vorgegebene Zeit gegenüber dem Anstieg des Ionenstrom-Detekionssignals
S1 verzögert
ist, an der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 27 als
ein Detektions-Freigabe/Sperr-Signal ausgegeben wird.
-
Das Pulssignal S7 wird dem Transistor 28 als Schaltsignal
so zugeführt,
daß der
Transistor 28 angeschaltet wird und der Transistor 30 abgeschaltet wird,
wenn das Pulssignal S7 auf einem hohen Pegel liegt, wohingehend
der Transistor 28 abgeschaltet wird und der Transistor 30 angeschaltet
wird, wenn das Pulssignal S7 auf einem niedrigen Pegel liegt.
-
Andererseits wird das bei der Ausgangsseite der
zweiten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 23 erhaltene
Ionenstrom-Detekionssignal
S1 der Filterschaltung 24a an der Klopfsignal-Erzeugungsschaltung 24 zugeführt, in
der ein Frequenzband im wesentlichen gemäß dem Klopfen des Verbrennungsmotors
von dem Ionenstrom-Detekionssignal S1 extrahiert wird, und ein in 2E gezeigtes Signal S8 wird
an der Ausgangsseite der Filterschaltung 24a ausgegeben.
-
Das Signal S8 wird der Komparatorschaltung 24b bei
einer nachfolgenden Stufe zugeführt,
in der das Signal S8 mit einem vorgegebenen Referenzwert Vc verglichen
wird, und deren Vergleichsergebnis wird als Pulssignal S9 – das im
wesentlichen dem Auftreten von Klopfen zugeordnet ist, wie in 2F gezeigt – an den
Ausgangsanschluß AUS
der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20A ausgegeben,
und zwar über
den abschließenden
Transistor 33, dessen Anschalt/Abschaltbetrieb in Ansprechen
auf das Pulssignal S7 gesteuert wird, das ein Schaltsignal von der
Komparatorschaltung 27 ist.
-
In anderen Worten ausgedrückt, wird
aufgrund der Tatsache, daß der
Transistor 28 angeschaltet ist, und der Transistor 30 abgeschaltet
ist, wenn das Pulssignal S7 von der Komparatorschaltung 27 auf
einem hohen Pegel liegt, der Transistor 33, dem die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 24b – so, wie
sie ist – zugeführt wird,
angeschaltet, wenn die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 24 auf
einem hohen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S8 größer als
der Referenzwert Vc ist), jedoch wird er abgeschaltet, wenn sie
bei einem niedrigen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S8 niedriger
als der Referenzwert Vc ist), mit dem Ergebnis, daß das in 2F gezeigte Pulssignal S9
bei dem Ausgangsanschluß AUS
der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20A als
ein Klopfentscheidungssignal gemäß dem Auftreten
eines Klopfens erhalten wird.
-
Wie oben beschrieben, läßt sich
gemäß dieser
Ausführungsform
aufgrund der Tatsache, daß eine
Periode, in der ein sich durch das Laden des Kondensators mit dem
Ionenstrom ergebender Integrierwert den Referenzwert übersteigt,
als Detektionsperiode gesetzt ist, der Detektionsstartzeitpunkt so
setzen, daß er
spät im
Fall der niedrigen Drehzahl des Motors auftritt, jedoch früh im Fall
der hohen Drehzahl des Motors. Demnach läßt sich der Detektionsstartzeitpunkt
in der Nähe
des Spitzenwerts der Ionenstromsignalform festlegen, der der hochfrequente
Anteil aufgrund des Klopfens bei allen Maschinendrehzahlen überlagert
ist, mit den Ergebnissen, daß sich
der Detektionsbereich so optimieren läßt, daß das S/N-Verhältnis
verbessert ist, und eine Genauigkeit der Klopfdetektion ist verbessert.
-
Zusätzlich läßt sich aufgrund der Tatsache, daß die den
Ionenstrom detektierende Stromdetektorschaltung mit der Stromspiegelschaltung
aufgebaut ist, ein Strom analog zu dem Ionenstrom der Integratorschaltung
zuführen,
wodurch es möglich
ist, sicher die Detektionsperiode des Klopfentscheidungssignal zu
setzen, das letztendlich auf der Grundlage des Integrierwerts des
Ionenstroms erhalten wird.
-
Die 3 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der Teile, die zu den in 1 gezeigten identisch sind,
durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und deren wiederholte
Beschreibung wird weggelassen.
-
Es wird von einem Fall ausgegangen,
bei dem irgendein Detektionsstartzeitpunkt bei einer niedrigen Drehzahl
des Motors und der Detektionsstartzeitpunkt bei einer hohen Drehzahl
des Motors versetzt zu der Nähe
des Spitzenwerts der Signalform des Ionenstrom-Detekionssignals
in der Integratorschaltung 26 der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform
liegt, abhängig
von dem Motor.
-
Im Hinblick auf diese obigen Anmerkungen ist
gemäß dieser
Ausführungsform
eine Integratorschaltung 26a zwischen der ersten Komparatorschaltung 25 und
der zweiten Komparatorschaltung 27 in der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20B angeordnet,
und dieser besteht aus einem Integrierkondensator 26a,
der zwischen der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 25 und
der Masse verbunden ist, sowie einem Widerstand 26b, der
mit einem Ende des Kondensators 26a an dem positiven Energieversorgungsanschluß VB verbunden ist, so daß sie im wesentlichen einen
vorgegebenen Vorspannstrom dem Ionenstrom-Detekionssignal zum Durchführen einer
Integrierung hinzufügt.
Andere Strukturen sind identisch zu den in 1 gezeigten.
-
Die 4A bis 4C zeigen den Vergleich der Integriersignalformen
und der Startzeitpunkte der Detektionsperioden zwischen einem Fall,
in dem kein Vorspannstrom für
die Integrierschaltung 26 in der oben erwähnten ersten
Ausführungsform
vorgesehen ist und in dem Fall, in dem ein Vorspannstrom bei der
Integratorschaltung 26A dieser Ausführungsform vorliegt, derart,
daß das
Ionenstrom-Detekionssignal S1 aus Gründen der Einfachheit geradlinig
dargestellt ist.
-
Das in 4B anhand
einer strichlierten Linie bezeichnete Signal S6 dient zum Darstellen
eines Signals, das an der Ausgangsseite der in 1 gezeigten Integratorschaltung 26 erhalten
wird, wohingehend das anhand einer durchgezogenen Linie bezeichnete
Signal S10 zum Darstellen eines Pulssignals dient, das bei der Ausgangsseite
der in 3 gezeigten Integratorschaltung 26 erhalten
wird, im Hinblick auf das in 4A gezeigte
Ionenstrom-Detekionssignal S1. Ähnlich
dient das in 4C anhand einer
strichlierten Linie bezeichnete Signal S7 zum Darstellen eines Pulssignals,
das bei der Ausgangsseite der in 1 gezeigten
Komparatorschaltung 27 erhalten wird, wohingehend das anhand
einer durchgezogenen Linie bezeichnete Signal S11 zum Darstellen
eines Pulssignals dient, das bei der Ausgangsseite der oben beschriebenen
und in 3 gezeigten Komparatorschaltung 27 erhalten
wird.
-
In dem Fall, in dem der Detektionsstartzeitpunkt
bei hoher Drehzahl des Motors geeignet ist, jedoch der Detektionsstartzeitpunkt
bei der niedrigen Drehzahl des Motors gemäß der ersten Ausführungsform
zu spät
vorliegt, wird dann, wenn der Kapazitätswert des Integrierkondensators
lediglich zum Vorverlegen des Detektionsstartzeitpunkts bei der
niedrigen Drehzahl erhöht
wird, der Detektionsstartzeitpunkt für die hohe Drehzahl ebenso
vorverlegt, daß er
zu einer nicht geeigneten bzw. ungenauen Position verschoben wird.
-
Jedoch schwankt in dem Fall, in dem
der Vorspannstrom geeignet bei dem Integrierkondensator 26a über den
Widerstand 26b hinzugefügt
wird, wie in 3 gezeigt,
der Detektionsstartzeitpunkt im großen Umfang bei der niedrigen
Drehzahl des Motors, da das Verhältnis
des Vorspannstroms zu dem Ionenstrom hoch ist, wohingehend die Schwankung des
Detektionsstartzeitpunkts bei der hohen Drehzahl des Motors gering
ist, da das Verhältnis
des Vorspannstroms zu dem Ionenstrom niedrig ist. Aus diesem Grund
lassen sich beide Detektionsstartzeitpunkte bei der hohen Drehzahl
und der niedrigen Drehzahl zu geeigneten Positionen durch Ändern des
Werts des Widerstands 26b setzen, zum Erzielen eines Vorspannstroms
mit einem geeigneten Wert.
-
Wie oben beschrieben, läßt sich
gemäß dieser
Ausführungsform
aufgrund der Tatsache, daß der vorgegebene
Vorspannstrom der Integratorschaltung hinzugefügt ist, der Detektionsstartzeitpunkt
immer bei einer geeigneten Position setzen, in einem breiten Motordrehzahlbereich.
-
Die 5 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung
mit einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in der Teile gemäß den in 3 gezeigten anhand derselben Bezugszeichen
bezeichnet sind, und deren wiederholte Beschreibung wird weggelassen.
-
Der Ionenstrom tritt auf, nachdem
das Entladen der Zündspule
abgeschlossen ist, und der Rauschstrom tritt aufgrund der Schwankung
der Entladespannung bei dem Abschluß der Entladung auf. In dem
Fall, in dem die Menge des Rauschstroms größer als die Menge des normalen
Ionenstroms ist, der nach dem Auftreten des Rauschstroms auftritt, läßt sich
der Detektionsstartzeitpunkt bei einer geeigneten Position setzen,
und zwar gemäß dem normalen
Ionenstrom, da der Integrierwert des Rauschstroms im Verhältnis groß ist.
-
Bei dieser Ausführungsform ist zum Lösen des
obigen Problems der Anstieg der Ausgangssignalform der Komparatorschaltung
25 um eine vorgegebene Zeitperiode durch eine Verzögerungsschaltung
so verzögert,
daß der
normale Ionenstrom integriert wird, nachdem das Auftreten des Rauschstroms
abgeschlossen ist.
-
Im Hinblick auf die obigen Ausführungsformen
ist gemäß dieser
Ausführungsform
eine Verzögerungsschaltung 34 zwischen
der ersten Komparatorschaltung 25 und der Integratorschaltung 26A in einer
Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20C angeordnet.
Andere Strukturen sind identisch zu den in 3 gezeigten.
-
Die Verzögerungsschaltung 34 enthält einen Operationsverstärker 34a und
einen Widerstand 34b und einen Kondensator 34c,
die seriell zwischen dem positiven Energieversorgungsanschluß VB und Masse angeschlossen sind. Der nicht-invertierende
Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 34a ist mit
einem Knoten des Widerstands 34b und dem Kondensator 34c verbunden,
und er ist ebenso mit der Ausgangsseite der ersten Komparatorschaltung 25 verbunden.
Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34a ist
mit einem negativen Energieversorgungsanschluß verbunden, der einen vorgegebenen
Referenzwert Vd aufweist, und der Ausgangsanschluß hiervon
ist mit der Eingangsseite des Integratorschaltung 26A verbunden.
-
Nachfolgend wird der Betrieb der
in 5 gezeigten Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
in Übereinstimmung
mit der dritten Ausführungsform
unter Bezug auf die 6A bis 6G beschrieben. Die linken
Seiten der 6A bis 6G zeigen Signalformen, wie
sie in den jeweiligen Schaltungsabschnitten dann vorliegen, wenn
der Verbrennungsmotor in einem Zustand mit niedriger Drehzahl vorliegt,
wohingehend die rechten Seiten der 6A bis 6G Signalformen zeigen, die
in den jeweiligen Schaltungsabschnitten dann vorliegen, wenn er
in dem Zustand mit hoher Drehzahl vorliegt.
-
Bei dem oben beschriebenen Betrieb
wird das Zündsignal
P (6A) dem Leistungstransistor 3 zugeführt, und
das Ionenstrom-Detekionssignal S1 (6B),
dem der hochfrequente Anteil aufgrund des Rauschanteils oder des
Klopfens überlagert
ist, wird an der Ausgangsseite der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltungen 22 und 23 erhalten.
-
Das bei der Ausgangsseite der ersten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 22 erhaltene
Ionenstrom-Detekionssignal S1 wird der Komparatorschaltung 25 zugeführt, in
der es mit einem vorgegebenen Referenzwert Va verglichen wird, und anschließend wird
es der Verzögerungsschaltung 34 so
zugeführt,
daß ein
in 6C gezeigtes Signal
S12 an einen Knoten des Widerstands 34b und des Kondensators 34c abgegeben
wird. Das Signal S12 wird mit einem Referenzwert Vd durch den Operationsverstärker 34a verglichen,
dessen Ausgangsgröße weiter
durch die Integratorschaltung 26A integriert wird, so daß sie an
der Ausgangsseite der Integratorschaltung 26A als ein in 6D gezeigtes Signal S13
ausgegeben wird. In diesem Beispiel integriert die Integratorschaltung 26A ein
Signal, das gegenüber
dem Anstieg des Signals S12 um eine vorgegebene Größe verzögert ist,
d.h., lediglich den normalen Ionenstrom, von dem der Rauschanteil
im wesentlichen entfernt ist.
-
Das Signal S13 wird mit dem vorgegebenen Referenzwert
Vb durch die nachfolgende Komparatorschaltung 27 verglichen,
so daß ein
in 6E gezeigtes Pulssignal
S7, das um eine vorgegebene Zeitperiode gegenüber dem Anstieg des Ionenstrom-Detektionssignals
S1 verzögert
ist, bei der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 27 ausgegeben
wird..
-
Das Pulssignal S7 wird dem Transistor 28 als Schaltsignal
so zugeführt,
daß der
Transistor 28 angeschaltet wird und der Transistor 30 abgeschaltet wird,
wenn das Pulssignal S7 auf einem hohen Pegel liegt, wohingehend
der Transistor 28 abgeschaltet wird und der Transistor 30 angeschaltet
wird, wenn das Pulssignal S7 auf einem niedrigen Pegel liegt.
-
Andererseits wird das bei der Ausgangsseite der
zweiten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 23 erhaltene
Ionenstrom-Detektionssignal
S1 der Filterschaltung 24a in der Klopfsignal-Erzeugungsschaltung 24 zugeführt, in
der ein Frequenzband, das im wesentlichen dem Klopfen des Verbrennungsmotors
zugeordnet ist, von dem Ionenstrom-Detekionssignal S1 extrahiert wird,
und ein in 6F gezeigtes
Signal S8 wird bei der Ausgangsseite der Filterschaltung 24a ausgegeben.
-
Das Signal S8 wird der Komparatorschaltung 24b bei
einer nachfolgenden Stufe zugeführt,
in der das Signal S8 mit einem vorgegebenen Referenzwert Vc verglichen
wird, und deren Vergleichsergebnis wird als Pulssignal S9 – im wesentlichen
unter Zuordnung zu dem Auftreten von Klopfen, wie in 6G gezeigt – an den
Ausgangsanschluß AUS der
Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20C ausgegeben,
und zwar über
den abschließenden
Transistor 23, dessen Anschalt/Abschaltbetrieb in Ansprechen
auf das Pulssignal S7 gesteuert wird, d.h. einem Schaltsignal von
der Komparatorschaltung 27.
-
In anderen Worten ausgedrückt, wird
aufgrund der Tatsache, daß der
Transistor 28 angeschaltet ist und der Transistor 30 abgeschaltet
wird, wenn das Pulssignal S7 von dem Komparator 27 auf einem
hohen Pegel liegt, der Transistor 33, dem die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 24b – so, wie
sie ist, zugeführt
wird, angeschaltet, wenn die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 24b bei
einem hohen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S8 größer als
der Referenzwert Vc ist), jedoch wird er abgeschaltet, wenn er bei
dem niedrigen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S8 niedriger
als der Referenzwert Vc ist), mit dem Ergebnis, daß das in 6G gezeigte Pulssignal S9
bei dem Ausgangsanschluß AUS
der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20C als
Klopfentscheidungssignal gemäß dem Auftreten
eines Klopfens erhalten wird.
-
Wie oben beschrieben, läßt sich
gemäß dieser
Ausführungsform
aufgrund der Tatsache, daß lediglich
der normale Ionenstrom integriert wird, von dem der Rauschanteil
entfernt ist, der Detektionsstartzeitpunkt bei einer geeigneten
Position mit hoher Genauigkeit festlegen.
-
Die 7 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor in Übereinstimmung
mit einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und in ihr sind Teile gemäß den in 5 gezeigten anhand derselben
Bezugszeichen bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung wird
weggelassen.
-
Bei dieser Ausführungsform wird eine Funktion
zum Entscheiden einer Fehlzündung
zusätzlich zu
der Klopfentscheidung bereitgestellt, und die in 5 gezeigte Verzögerungsschaltung 34 dient auch
als Verzögerungsvorrichtung
zum Erzeugen eines Fehlzündungsenscheidungssignals,
um im wesentlichen zu entscheiden, ob die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor
durchgeführt
wird oder nicht.
-
Im Hinblick auf die obigen Ausführungsformen
ist ein Paar von Transistoren 36 und 38 und ein Paar
von Transistoren 39 und 41 so vorgesehen, daß die Basen
der Transistoren 36 und 39 mit der Ausgangsseite
der Verzögerungsschaltung 34 verbunden
sind. Weiterhin sind die Basen der Transistoren 36 und 39 mit
dem positiven Energieversorgungsanschluß VB über einen
Widerstand 35 verbunden, die Emitter hiervon sind geerdet,
und die Kollektoren hiervon sind mit dem positiven Energieversorgungsanschluß VB jeweils über Widerstände 37 und 40 verbunden.
Weiterhin sind die Kollektoren der Transistoren 36 und 39 jeweils
mit der Basis des Transistors 38 und 41 verbunden,
die Emitter der Transistoren 38 und 41 sind gemeinsam
geerdet, der Kollektor des Transistors 38 ist mit der Eingangsseite
der Integratorschaltung 26A verbunden, und der Kollektor
des Transistors 41 ist mit einem zweiten Ausgangsanschluß AUS2 einer
Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20D verbunden.
-
Der Betrieb, der die Klopfdetektion
bei dem in 7 gezeigten
Betriebsablauf betrifft, ist im wesentlichen identisch zu demjenigen,
der in 5 gezeigten Schaltung,
und das Pulssignal S9 (6G) wird
bei dem ersten Ausgangsanschluß AUS1
der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20d als
Klopfentscheidungssignal gemäß dem Auftreten von
Klopfen erhalten.
-
Weiterhin besteht der Betrieb im
Zusammenhang mit der Fehlzündungsdetektion
darin, daß dann,
wenn der Pegel des Signals S12 niedriger als der Referenzwert Vd
des Operationsverstärkers 34a in
der Verzögerungsschaltung 34 ist,
der Transistor 39 abgeschaltet wird und der Transistor 41 angeschaltet
wird, so daß das
Pulssignal S3 (9D) bei dem
zweiten Ausgangsanschluß AUS2
der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20D als
das Fehlzündungs-Entscheidungssignal
zum Entscheiden der Tatsache erhalten wird, ob die Verbrennung in
dem Verbrennungsmotor durchgeführt
wird oder nicht. In anderen Worten ausgedrückt, entscheidet die ECU-Einheit 15,
daß die
Verbrennung normal durchgeführt
wird, wenn das eingegebene Signal auf einem hohen Pegel liegt, wohingehend
ein Fehlzünden
dann auftritt, wenn es bei dem niedrigen Pegel liegt.
-
Wie oben beschrieben, ermöglicht gemäß dieser
Ausführungsform
aufgrund der Tatsache, daß die
für die
Klopfentscheidung eingesetzte Verzögerungsschaltung auch als Verzögerungsvorrichtung zum
Erzeugen des Fehlzündungsentscheidungssignal
dient – im
wesentlichen zum Entscheiden der Tatsache, ob die Verbrennung im
Verbrennungsmotor erfolgt oder nicht – die einfache Schaltungsstruktur das
Durchführen
der Fehlzündungsentscheidung
zusätzlich
zu der Klopfentscheidung in demselben Zeitpunkt.