DE2528785A1

DE2528785A1 - Vorrichtung zum feststellen einer fehlzuendung in einer mehrzylinder-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2528785A1
Application number: DE19752528785
Authority: DE
Inventors: Fujihiko Deguchi; Tadashi Negai; Makoto Ohguri; Shinichiro Sakurai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1974-07-05
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1976-02-05
Also published as: FR2277249B1; FR2277249A1; GB1506039A; JPS517305A; US3983754A

Description

Dr. D. Thomsen PATENTANWALTSBÜRO

W. Weinkauff Telefon (0β9) 530211

Dr.I.Ruch ^⁰²¹² 2528785

Telex 5-24 303 topat

Dr. H. Agular

PATENTANWÄLTE MOndMit: Frankfurt/M.: Dr. rer. nat. D. Thomeen Dipl.-lng. W. Welnkauff

Dr. rer. nat. I. Ruch (Fuchthohl 71) Dipl.· Ing. Dr. H. Agular

8000 München 2 Kalter-Ludwig-Platz 6 07 jy^;

Nissan Motor Company, Limited
Yokohama, Japan

Vorrichtung zum Peststellen einer Fehlzündung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen einer Fehlzündung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, in der die Beschaffenheit des Auspuffgases im Hinblick auf den Verbrennungszustand des Kraftstoff-Luft-Gemisches in jedem Zylinder, z. B. die Temperatur oder den Druck des Auspuffgases oder aber die Wandtemperatur der Auspuffleitung oder des Auspuffabzweigs, bei jedem Zylinder festgestellt wird und die an jedem Zylinder festgestellten Werte verglichen werden,

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um die abnormen Verbrennungsbedingungen, insbesondere eine Fehlzündung, festzustellen.

Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine, in der das in den Zylinder eingebrachte Luft-Brennstoff-Gemisch einer abnormen Verbrennung, insbesondere einer Fehlzündung ausgesetzt ist, enthält das Auspuffgas eine große Menge an nicht ganz verbranntem Kraftstoff, welcher nicht nur eine Verunreinigung der Atmosphäre verursacht, sondern auch die Motorleistung mindert, insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit einem katalytischen Konverter im Auspuffsystem, welcher das Auspuffgas reinigen soll, beim Auftreten einer Fehlzündung eine große Menge des noch nicht ganz verbrannten Kraftstoffs in dem katalytischen Konverter so schnell verbrannt, daß dadurch der Katalysator brennt oder das Gehäuse des Konverters schmilzt. In einer Brennkraftmaschine mit einem thermischen Reaktor im Auspuffsystem, welcher den im Auspuffgas enthaltenen, noch nicht ganz verbrannten Kraftstoff vollständig verbrennen soll, enthält das Auspuffgas beim Auftreten einer Fehlzündung, insbesondere wenn der Betriebsablauf der Brennkraftmaschine von solchen Fehlzündungsvorgangen gestört wird, eine große Menge an nicht vollkommen verbrannter Kraftstoffkomponente, welche in dem thermischen Reaktor, solange wie die Maschine läuft, verbrannt wird, so daß als Folge davon die Temperatur in dem Reaktor sich auf einen abnorm hohen Wert erhöht, was zum Schmelzen des Reaktorgehäxiaes führen kann.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine neue Vorrichtung zum Feststellen einer Fehlzündung in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche den beim oben beschriebenen Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten abhelfen kann. Weiter gehört zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Fehlzündungsdetektor zu schaffen, der nicht nur das Auftreten von Fehlzündungen feststellen, sondern auch die Brennstoffzufuhr zu den einzelnen Zylindern, in denen die Fehlzündungen auftreten, unterbinden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Lösung dieser Aufgabe eine Vorrichtung zum Feststellen einer Fehlzündung in einem der Zylinder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, welche Vorrichtung eine Vielzahl von Detektoren enthält, die die Betriebszustände in Beziehung zu den Verbrennungszuständen des Kraftstoff-Luft-Gemieches in den betreffenden Zylindern der Maschine nachweisen, sowie ein Vergleichsinstrument zum Vergleichen der Meßwerte der Detektoren vorgesehen, um eine Fehlzündung in einem der Zylinder der Maschine festzustellen.

Die Detektoren können verschiedener Art sein, z. B. Thermoelemente, die in den betreffenden Abzweigen der Auspuffleitungen oder an den Auspuffschlitzen der betreffenden Zylinder vorgesehen sind, oder in das Auspuffsystem eingebaute, druckempfindliche Elemente.

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Die Erfindung kann durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen noch besser verstanden werden; darin zeigen

Fig. 1 eine Ansicht einer Auspuffleitung, in die ein Temperaturdetektor eingebaut ist, im Längsschnittj

Fig. 2A ein Blockdiagramm einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Feststellen einer Fehlzündung in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2B im Detail einen Polaritätsumschaltkreis, wie er in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung verwendet wirdj und

Fig. 3 und 4 Blockdiagramme, welche jeweils abgewandelte Ausbildungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher die Temperatur des Auspuffsysteras als Parameter zum Feststellen einer Fehlzündung in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine benutzt wird. In dieser Ausführungsform ist ein Temperatur-Meßfühler 2, etwa ein Thermoelement, in jedem Abzweig einer Auspuffleitung 1 eingebaut, um damit die Temperaturen der von den einzelnen Zylindern (. $ 1 bis ^t 6) ausgestoßenen

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Gase festzustellen, wobei bei einer Fehlzündung in einem oder mehreren Zylindern verschieden große elektromotorische Kräfte in den Leiterschleifen der Thermoelemente auftreten, die zwischen den Anschlußklemmen 3 bis 8 angeordnet sind. Die Spannungen, die von den einzelnen Thermoelementen erzeugt werden, werden in ein Vergleichsinstrument 9 eingegeben, welches Gleichstromverstärker 10 bis 14 und Polaritätsschaltkreise 15 bis 19 enthält. Der Ausgang des Vergleichsinstruments 9 ist an eine Relaisspule 20 angeschlossen, welche mit den Energiequellen 23 bzw. 24 verbundene Schalter 21 und 22 enthält. Der Schalter 21 dient dazu, eine auf dem Armaturenbrett oder einem anderen für den Fahrzeuglenker leicht einzusehenden Platz angeordnete Alarmlampe 25 einzuschalten, wohingegen der Schalter 22, der zu Einschalten eines Magnetventils 26 dient, das in der zwischen dem Kraftstofftank und dem Vergaser (nicht dargestellt) verlaufenden Kraftstoff-Zufuhrleitung 27 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform wird die Feststellung einer Fehlzündung durch Feststellen der Differenz zwischen den elektromotorischen Kräften des Thermoelementes für den Zylinder 1, welche als Bezugsgröße dient, und der Thermoelemente für die anderen Zylinder erreicht. Da sich aber die Polarität der Spannungsunterschiede in Übereinstimmung mit der relativen Grosse der von den einzelnen Zylindern ausgestoßenen Auspuffgase ändert, sind die Polaritätsschaltkreise 15 bis 19 im Vergleichsinstrument 9 vorgesehen. Wie in Fig. 2B gezeigt, enthält jeder Polaritätsschaltkreis einen vollständigen Wellengleichrichter-Schaltkreis.

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Es sei nun angenommen, daß im Zylinder Nr. 2 eine Fehlzündung auftritt, so daß dann die Temperatur des von diesem Zylinder ausgestoßenen Auspuffgases beträchtlich unterhalb der Temperatur des Auspuffgases aus dem Zylinder Nr. 1 liegt, in welchem keine Fehlzündung auftritt. Als Ergebnis davon tritt an den Klemmen 3 und 4 der für die Auspuffleitungsabzweige der Zylinder Nr. 1 und 2 vorgesehenen Thermoelemente eine Spannung auf, welche durch den Gleichstromverstärker 10 verstärkt und dann dem Relais 20 über den Polaritätsschaltkreis 15 aufgegeben wird. Als Folge davon werden die Schalter 21 und 22 geschlossen, um die Alarmlampe 25 aufleuchten zu lassen, damit der Fahrer des Kraftfahrzeugs gewarnt wird, und um das Magnetventil 26 zu betätigen, damit die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird. Wenn eine solche Fehlzündung in einem anderen Zylinder vorkommt, wird ein entsprechender Vorgang dort ausgelöst.

Von dem Erfinder angestellte Versuche zeigen, daß die Unterschiede zwischen den Temperaturen des aus einem fehlzündenden Zylinder kommenden Gases und des Gases, das aus einem den Kraftstoff normal verbrennenden Zylinder ausgestoßen wird, in dem Maße ansteigt, wie die Leistung der Brennkraftmaschine ansteigt, und daß die Temperaturen der Auspuffgase aus den einzelnen Zylindern nicht immer gleich sind, auch wenn die Verbrennung des Kraftstoffs ganz normal abläuft. In der in Fig. 2A gezeigten Ausführungsform, in welcher die Ausgangsleitungen der Thermoelemente im VergleiehsinBtrument 9 parallel verbunden sind, ist

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die Summe der Differenzen zwischen den Temperaturen der von den einzelnen Zylindern ausgestoßenen Auspuffgase bei nur geringer Maschinenleistung nicht sehr viel verschieden von der Differenz der Temperaturen des aus einem fehlzündenden Zylinder ausgestoßenen Gases und der aus den anderen Zylindern, in denen die Verbrennung normal verläuft, ausgestoßenen Gase, so daß die Feststellung einer Fehlzündung nicht ganz fehlerfrei erfolgen kann. Wenn jedoch die Maschine bei niedriger Leistung arbeitet, ist die Temperatur des Auspuffgases niedrig, so daß, selbst wenn eine Fehlzündung in einem oder mehreren Zylindern auftritt, keine Gefahr eines abnormalen Ansteigens der Temperatur des im Auspuff-System eingebauten katalytischen Konverters besteht. Vielmehr kann die Temperatur des Katalysators durch die Reaktion des nicht ganz verbrannten Gases bei einem gleichbleibenden Wert gehalten werden. Ein ähnlicher Vorgang findet statt, wenn ein thermischer Reaktor in das Auspuff-System eingebaut ist.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind Relais 39 bis 43 vorgesehen, deren Spulen an die zugehörigen Paare der Ausgangsklemmen von Gleichstromverstärkern 34 bis 38 angeschlossen sind, wodurch die Genauigkeit bei der Feststellung einer Fehlzündung verbessert wird, selbst wenn die Leistung der Maschine gering ist. Die Kontakte der Relais sind parallel an einen Leiterkreis angeschlossen, der ein Magnetventil 45 zum Steuern der Zufuhr des durch die Kraftstoffleitung 46 fließenden Kraftstoffs sowie eine im Schaltkreis des Magnetventils 45 liegende Alarmlampe 44 enthält.

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Pig. 4 stellt ein Diagramm dar, welches eine neue Vorrichtung zum Feststellen einer Fehlzündung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzvorrichtung zeigt, in welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist, die jeweils nur die zu dem betreffenden fehlzündenden Zylinder gehörende Alarmlampe aufleuchten läßt und die nur die zu diesem Zylinder gehörende Kraftstoffzufuhr unterbricht. Im einzelnen sind von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 53 gesteuerte Kraftstoffeinspritzventile 49» 50, 51 und 52 in die Ansaugleitung 48 eingebaut, während Temperaturmeßfühler 55, 56, 57 und 58 in der Auspuffleitung vorgesehen sind. Die Ausgänge der Temperaturmeßfühler sind an ein Vergleichsinstrument 59 angeschlossen, welches diese Ausgänge vergleicht. Der Ausgang des Vergleichsinstruments ist wiederum an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 53 und an eine Alarmeinrichtung 60, die die Alarmlampen 61, 62, 63 und für die einzelnen Zylinder enthält, angeschlossen.

Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn z. B. der Zylinder Nr. 1 eine Fehlzündung hat, wird die Temperatur des Auspuffgases aus diesem Zylinder durch einen der Temperaturdetektoren festgestellt und die aus allen Temperaturdetektoren kommenden Meßwerte werden dann an das Vergleichsinstrument 59 weitergeleitet, welches dann feststellt, daß der Zylinder Nr. 1 fehlgezündet hat. Das Ausgangssignal aus dem Vergleichsinstrument 59 wird dann an die Alarmeinrichtung 60, um die zum Zylinder Nr. 1 gehörende Alarmlampe 61 aufleuchten zu

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lassen, und auch an die Kraftstoffeinspritz-Steuervorrichtung weitergegeben, um das Kraftstoffeinspritzventil 49 außer Betrieb zu setzen, womit die Kraftstoffzufuhr zum Zylinder Nr. 1 unterbunden wird. Anstatt eine Vielzahl von Alarmlampen für die einzelnen Zylinder vorzusehen, kann auch eine einzige Lampe gemeinsam für alle Zylinder vorgesehen werden.

Obwohl in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Temperaturen der Auspuffgase gemessen werden, die zu den Verbrennungsbedingungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den einzelnen Zylindern in Beziehung stehen, ist es auch möglich, eine Fehlzündung der Maschine durch Messen der Temperatur an irgendeinem anderen geeigneten Teil der Maschine festzustellen, z.B. der Temperaturen an den Auspuffschlitzen oder an der Wand des Auspuffabzweigs des betreffenden Zylinders. Es ist aber auch möglich, eine Fehlzündung durch Messen der Abweichungen in den Drücken der Auspuffgase mittels geeigneter druckempfindlicher Elemente festzustellen, weil nämlich der Druck des Auspuffgases aus einem fehlzündenden Zylinder niedriger ist als der Druck des Auspuffgases, das von einem eine normale Verbrennung des Kraftstoffs aufweisenden Zylinder ausgestoßen wird.

Es versteht sich, daß die Alarmlampen auch durch eine Hupe oder einen Summer oder andere geeignete Alarmeinrichtungen ersetzt werden können und daß die Erfindung auch auf einen Rotationskolbenmotor anstatt der hier beschriebenen Maschine mit gegenwirkenden Kolben anwendbar ist.

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Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, sieht die Erfindung eine einfache und wirkungsvolle Vorrichtung zum Feststellen von Fehlzündungen in einem Zylinder von Brennkraftmaschinen vor.

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Claims

Patentansprüche

.j Vorrichtung zum Feststellen einer Fehlzündung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Detektoren (2), welche die Beschaffenheit der Auspuffgase im Hinblick auf den Verbrennungszustand des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den einzelnen Zylindern ( #· 1 bis ty 6) der Maschine feststellen, und durch ein Vergleichsinstrument (9} 47» 59) zum Vergleichen der Ausgänge (3 bis 8j 28 bis 33» 55 bis 58) der genannten Detektoren (2), über deren Vergleich die Fehlzündung der Maschine feststellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (2) aus Thermoelementen bestehen, die zum Messen der Temperaturen der von den einzelnen Zylindern (4· 1 bis ^r 6) der Maschine ausgestoßenen Auspuffgase in die Auspuffabzweige (1) eingebaut sind (Fig. 1).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (2) aus Druckmeßeinrichtungen zum Messen der Drücke der von den einzelnen Zylindern ( 4r 1 bis #■ 6) der Maschine ausgestoßenen Auspuffgase bestehen.

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4· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (2) aus Thermoelementen bestehen, die an den Auspuff schlitzen der einzelnen Zylinder ( # 1 bis #6) der Maschine angebracht sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsinstrument (9» 47J 59) Polaritätsschaltelemente (15 bis 19) zum Schalten der Polaritäten der Ausgänge (3 bis 8) aus den Detektoren (2) umfaßt (Fig. 2A, 2B).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Alarmeinrichtung (25» 44» 61 bis 64) und mindestens ein Ventilelement (26; 45) zum Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr (27» 46) zu der genannten Maschine vorgesehen ist, wobei diese Alarmeinrichtung (25» 44» 61 bis 64) und das Ventilelement (26; 45) an die Ausgangsklemmen des genannten Vergleichsinstruments (9; 47» 59) angeschlossen und von diesem einschaltbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritz-Steuervorrichtung (53) und Kraftstoffeinspritzventilen (49 bis 52), welche von dieser Kraftstoff-

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einspritz-Steuervorrichtung (53) steuerbar sind, ausgestattet ist und daß diese Kraftstoffeinspritz-Steuervorrichtung (53) an die Ausgangsklemmen des genannten Vergleichsinstruments (59) angeschlossen und von diesem einschaltbar ist (Fig. 4).
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsinstruraent (47; 59) eine Vielzahl von Relais (39 bis 43) aufweist, von denen jedes durch einen Unterschied zwischen den Ausgangsgrößen (28 bis 33» 55 bis 58) eines Paares von Detektoren einschaltbar ist (Pig. 3» 4).

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