Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenfehlzündungs-
Bestimmungsvorrichtung zum Feststellen von Fehlzündungszuständen
in Zylindern aufgrund von Änderungen von für den Maschinenzustand
charakteristischen Betriebsgrößen des jeweiligen Zylinders.
Im allgemeinen behält die ideale Verbrennung einer Mehrzylinder-
Brennkraftmaschine in jedem Zyklus denselben Ablauf bei, um eine
gleichbleibende Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten. In der Mehr
zylinder-Brennkraftmaschine jedoch können bei der Verbrennung
Änderungen auftreten, weil
- 1) der Einlaßgas-Verteilungsfaktor durch einige Faktoren wie
eine komplizierte Form des Einlaßkrümmers und gegenseitige
Störungen beim Lufteinlaß zwischen den Zylindern dis
proportioniert wird,
- 2) die Zylinder, bedingt durch die jeweiligen Kühlmittelpfade,
jeweils Verbrennungstemperaturen mit untereinander geringen
Unterschieden aufweisen,
- 3) die Zylinder Schwankungen in den Abmessungen bei einigen
Faktoren wie den jeweiligen Brennraumvolumina und Kolbenfor
men zeigen, und
- 4) die Zylinder geringen Änderungen im Luft-Kraftstoff-Ver
hältnis ausgesetzt sind, wobei das Verhältnis auf Unterschie
den bei der Kraftstoffeinspritzung beruht, die durch Her
stellungsfehler des Einspritzers bedingt werden.
Die sogenannte Verbrennungsänderung wurde üblicherweise auf ein
Minimum verringert, indem man das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und
die Zünddauer jedes Zylinders überwachte. Nunmehr werden jedoch
in Kraftfahrzeugen Hochleistungsmaschinen verwendet, die eine
höhere Leistung bei geringerem Kraftstoffverbrauch abgeben. Wenn
eine Verschlechterung oder ein Fehler bei einigen der Komponenten,
wie einem Einspritzer oder einer Zündkerze, auftritt, können bei
diesem Maschinentyp Zündaussetzer oder Fehlzündungen auftreten,
so daß die Leistungsabgabe verringert wird.
Es kann nun vorkommen, daß ein Fahrer das Fahrzeug mit der Mehr
zylinder-Brennkraftmaschine weiter fährt, selbst wenn ein Zylinder
der Maschine Zündaussetzer hat. Weiterhin kann der Fahrer auch
nicht feststellen, ob eine Fehlzündung nur vorübergehend ist oder
von der Verschlechterung eines Einspritzers oder einer Zündkerze
herrührt.
Zum Erfassen des Verbrennungszustandes jedes Zylinders beim Fahren
eines Autos wird gemäß der offengelegten japanischen Patentschrift
61-258955 bzw. der deutschen DE 36 15 547 A1 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Vergleichen
einer Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert
einer Maschinendrehzahl beim vorangehenden Arbeitshub mit dem
beim laufenden Arbeitshub durchgeführt wird, das Bestimmen durchgeführt wird, ob der Vergleichswert
innerhalb eines vorbestimmten Referenzwertes ist, um zu erfassen,
wie in jedem Zylinder verbrannt wird, wenn die Anzahl anomaler
Verbrennungen einen vorbestimmten Wert erreicht und das Bestimmen,
daß eine Fehlzündung auftritt, und das Alarmieren des Fahrers
durchgeführt wird.
Diese bekannte Technik ist jedoch so ausgelegt, daß die Ver
brennungsänderung jedes Zylinders aufgrund der Differenz zwischen
einer minimalen Maschinendrehzahl und einer maximalen Maschinen
drehzahl eines Arbeitshub-Zylinders erfaßt wird. Tatsächlich
steigt die Drehzahl der durch Verbrennung betriebenen Maschine
stark an, und die Maschine wird einer relativ starken Last ausge
setzt, so daß die Beschleunigung sich um so mehr ändert. Daher
kann man einen Maximalwert einer Maschinendrehzahl nicht bestim
men, so daß die Genauigkeit des Bestimmens, ob eine Fehlzündung
auftritt, verringert wird.
Aus der DE 37 24 420 A1 ist es bekannt, die Zeit zwischen
zwei aufeinander folgenden Kurbelwellen-Signalen zu messen und mit
der Zündung zu korrelieren, um zu erkennen, welcher Zylinder im
Verbrennungstakt kein Drehmoment abgegeben hat.
Aus der AT 388780 B ist es bekannt, die Häufigkeit von Zünd
aussetzern zu erfassen und zu entscheiden, daß eine anomale Fehl
zündung vorliegt, wenn die Häufigkeit eine vorgegebene Häufigkeit
überschreitet.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Maschinenfehlzündungs-Bestimmungsvorrichtung zur Verfügung zu
stellen, die eine anomale Fehlzündung sicher erfaßt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform, in Fig. 1 gezeigt,
umfaßt die Maschinenfehlzündungs-Bestimmungsvorrichtung eine
Fehlzündungs-Bestimmungseinrichtung zum Vergleichen einer für den
Maschinenzustand charakteristischen Betriebsgröße in dem Intervall
in dem die Maschinen bei der vorherigen Verbrennung nicht
arbeitet, mit dem bei der vorliegenden Verbrennung, zum Berechnen
der Änderung der Betriebsgröße eines Arbeitshub-Zylinders zwi
schen beiden Intervallen, zum Vergleichen der Änderung der Be
triebsgröße mit einem Fehlzündungs-Bestimmungslevel und zum Fest
stellen des Fehlzündungszustandes jedes Zylinders, eine
Zylinderfehlzündungszeit-Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl
der Fehlzündungen in jedem Zylinder, die von der Fehlzündungs-
Bestimmungseinrichtung bestimmt worden sind, eine Recheneinrich
tung für die mittlere Zylinderfehlzündungszeit zum Mitteln der
Anzahl der Fehlzündungen des Zylinders bei jedem vorbestimmten
Zyklus jedes Zylinders und eine Bestimmungseinrichtung für anomale
Fehlzündungen eines Zylinders zum Vergleichen der mittleren Zylin
derfehlzündungszeit die von der Zylinderfehlzündungs-Rechenein
richtung berechnet worden ist, mit einer vorbestimmten Fehlzün
dungs-Bestimmungsreferenzzeit, eine anomale Fehlzündung in jedem
Zylinder zu erfassen.
Im Betrieb vergleicht die nach der Ausführungsform der
Erfindung ausgestaltete Maschinenfehlzündungs-Bestimmungsvor
richtung die für den Betriebszustand der Maschine charakteri
stische Betriebsgröße der vorangegangenen Verbrennungsphase in
dem Intervall, in dem die Maschine keine Arbeit verrichtet, mit
der in der vorliegenden Verbrennungsphase, berechnet die Bewe
gungsänderung eines Arbeitshub-Zylinders zwischen den beiden
Intervallen, vergleicht die Änderung der Betriebsgröße mit dem
Fehlzündungsbestimmungslevel und bestimmt den Fehlzündungszustand
jedes Zylinders.
Die Vorrichtung zählt weiterhin die Fehlzündungszeiten jedes
Zylinders, bildet den Mittelwert der Fehlzündungszeiten jedes
Zylinders bei jedem vorbestimmten Zyklus, vergleicht die mittleren
Fehlzündungszeiten der Zylinder mit den zuvor festgelegten Fehl
zündungs-Bestimmungsreferenzzeiten und erfaßt die anomale Fehl
zündung in jedem Zylinder aufgrund des Vergleichsergebnisses.
Im folgenden soll die Erfindung lediglich beispielhaft anhand der
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild mit der schematischen Dar
stellung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild mit einer Überwachungsvor
richtung nach einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Maschinen
überwachungssystems,
Fig. 4 einen Aufriß, der einen Kurbelwellenrotorsensor
und einen Nockenwinkelsensor zeigt,
Fig. 5 einen Aufriß, der einen Nockenwellenrotorsensor
und einen Nockenwinkelsensor zeigt,
Fig. 6 ein Zeitdiagramm für die Druckänderung im
Zylinder,
Fig. 7 eine Darstellung einer Map oder Karte zum Bestim
men des Fehlzündungsniveaus oder -levels,
Fig. 8 ein Zeitdiagramm für eine Drehzahldifferenz und
einen Fehlzündungs-Bestimmungslevel,
Fig. 9A, B ein Flußdiagramm, das ein Fehlzündungs-Be
stimmungsverfahren darstellt,
Fig. 10 ein Blockschaltbild, das eine Überwachungsvor
richtung einer modifizierten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung zeigt,
Fig. 11A, B ein Flußdiagramm, das ein Fehlzündungs-
Bestimmungsverfahren darstellt.
In Fig. 3 ist eine Verbrennungskraftmaschine 1 dargestellt. Mit
4 wird ein Vier-Zylinder-Boxer-Motor bezeichnet. Die Maschine 1
weist einen Einlaßkanal 2a auf, eine Einlaßleitung 6 und einen
Einlaßkrümmer 3. Die Einlaßleitung 6 umfaßt einen Ansaugluft-
Mengensensor 8 und einen Luftreiniger 7. In der Einlaßleitung 6
ist ein Drosselventil 5 vorgesehen. Das Drosselventil 5 ist mit
einem Drosselöffnungssensor 9a und einem Leerlaufschalter 9b zum
Erfassen des vollständigen Geschlossenseins des Drosselventils 5
versehen. Der Einlaßkrümmer 7 weist einen Vielpunkt-Einspritzer
10 auf.
Die Maschine 1 weist eine Kurbelwelle 1b auf, an der ein Kurbel
wellenrotor 5 angebracht ist. Auf der Außenfläche des Kurbelwel
lenrotors 5 ist ein Kurbelwinkelsensor 16 vorgesehen, der aus
einem elektromagnetischen Aufnehmer zum Erfassen eines Kurbel
winkels besteht. Ein Nockenwellenrotor 17 ist auf einer Nocken
welle 1c angebracht, der sich mit halber Geschwindigkeit in bezug
auf die Kurbelwelle 1b dreht. Auf der Außenfläche des Nockenwel
lenrotors 17 ist ein Nockenwellensensor 18 vorgesehen.
Wie in Fig. 4 gezeigt sind auf der Außenfläche des Kurbelwellen
rotors 15 Vorsprünge 15a, 15b, 15c ausgebildet. Diese Vorsprünge
15a, 15b, 15c sind jeweils bei R1, R2, R3 vor dem oberen Tot
punkt (vor o. T.) jedes Zylinders angeordnet. Die Maschinendreh
zahl N wird aus der zwischen der Projektion 15b bis 15c ver
strichenen Zeit berechnet.
Während des Leerlaufs kommt der Zündzeitpunkt im allgemeinen
näher an 20° vor o. T. Wenn jedoch das Gemisch beim Kurbelwinkel
gezündet wird, steigt der Verbrennungsdruck nicht abrupt an, bis
10° KW vor o. T. (KW = Kurbelwinkel) erreicht ist.
Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Ausführungsform so ausge
legt, daß die Öffnungszeit des Auslaßventiles jedes Zylinders auf
die leicht verzögerte Seite des Zündungsreferenzkurbelwinkels R2
vor o. T. gesetzt ist. Im allgemeinen jedoch sinkt der unmittelbar
nach dem Öffnen des Auslaßventiles ausgeübte Verbrennungsdruck
abrupt, so daß der Verbrennungsdruck im wesentlichen beim Kurbel
winkel R3 vor o. T. die Wirkung nicht erhöht.
Wenn man den Kurbelwinkel R3 des Vorsprungs 15c auf die Vorlauf
seite von 10° KW vor o. T. setzt, gibt das Intervall zwischen den
Kurbelwinkeln R2, R3, vor o. T. der Vorsprünge 15b, 15c kaum Anlaß
zu einem nachteiligen, durch die Verbrennung in einem Intervall
zwischen beiden Zylindern veranlaßten Effekt. In dem Intervall
wird aufgrund der Verbrennung keine Arbeit verrichtet.
Wie in Fig. 5 gezeigt, sind an der Außenfläche des Nockenwellen
rotors 17 Zylinderbestimmungs-Vorsprünge 17a, 17b, 17c ausge
bildet. Der Vorsprung 17a ist beim Winkel R4 nach dem oberen
Totpunkt der Zylinder #3, #4 angeordnet. Der Vorsprung 17b umfaßt
drei Vorsprünge, wobei der erste bei R5 nach dem oberen Totpunkt
des Zylinders #1 angeordnet ist. Der Vorsprung 17c weist zwei
Vorsprünge auf, wobei der erste bei R6 nach dem oberen Totpunkt
des Zylinders #2 angeordnet ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 5 ist so aufgebaut, daß R1 = 97°
KW, R2 = 65° KW, R3 = 10° KW, R4 = 20° KW, R5 = 5° KW,
R6 = 20° KW und R(2-3) = 55° KW.
Wenn bei dieser Anordnung, wie in Fig. 6 gezeigt, der Nocken
winkelsensor 18 einen Nockenpuls bei R5 (Vorsprung 17b) erfaßt,
wird der Kurbelwellenpuls, der danach vom Kurbelwinkelsensor 16
erfaßt wird, als ein Signal erkannt, das den Kurbelwinkel des
Zylinders #3 angibt.
Wenn der Nockenwinkelsensor 18 einen Nockenpuls bei R4 (Vorsprung
17a) erfaßt, wird der danach von Kurbelwinkelsensor 16 erfaßte
Kurbelwellenpuls als ein Signal erkannt, das den Kurbelwinkel des
Zylinders #2 angibt. Ebenso wird der Kurbelwellenpuls, der vom
Kurbelwinkelsensor 16 erfaßt wird, nachdem der Nockenwellenpuls
bei R6 (Vorsprung 17c) erfaßt ist, als Signal erkannt, das den
Nockenwellenpuls von R4 angibt (Vorsprung 17a). Wenn der Nocken
wellenpuls bei R4 (Vorsprung 17a) nach dem Nockenwellenpuls bei
R6 erfaßt wird, wird der Kurbelwellenpuls, der von dem
Kurbelwinkelsensor 16 danach erfaßt wird, als Signal erkannt, das
den Kurbelwinkel des Zylinders #1 angibt.
Nachdem der Nockenwinkelsensor 18 einen Nockenwellenpuls erfaßt,
wird der Kurbelwellenpuls durch den Kurbelwinkelsensor 16 erfaßt.
Der Kurbelwellenpuls wird als Referenzkurbelwinkel R1 des
Zylinders bestimmt.
Zusätzlich ist in Fig. 3 ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 24
vorgesehen.
In Fig. 3 bezeichnet 31 eine Überwachungsvorrichtung, die aus
einem Microcomputer besteht, in dem eine CPU (zentrale Rechenein
heit) 32, ein ROM 33, ein RAM 34, ein Backup-RAM 35 und eine I/O-
Schnittstelle 36 durch eine Busleitung 37 verbunden sind. Die
Eingangsseite der I/O-Schnittstelle 36 ist mit Sensoren 8, 9a,
16, 18, 24 und mit einem Leerlaufschalter 9b verbunden. Die Aus
gangsseite ist mit dem Einspritzer 10 über einen Treiberkreis 38
und über eine Alarmeinrichtung 11 wie eine Anzeigelampe, die auf
dem Instrumentenboard (nicht gezeigt) angebracht ist, verbunden.
Der ROM 33 speichert ein Kontrollprogramm und Festdaten. Die
Festdaten enthalten eine Fehlzündungs-Bestimmungslevelkarte MP
ΔN LEVEL, die später beschrieben wird.
Der RAM 34 speichert die verarbeiteten Ausgangssignale der
Sensoren und die von der CPU 32 verarbeiteten Daten. Der backup-
RAM 35 speichert Störungsdaten wie die Fehlzündungserfassungsdaten
jedes Zylinders.
Die Ausgangsseite der I/O-Schnittstelle 36 ist mit einem Diagnose
verbinder 39 verbunden. Indem man den Diagnoseverbinder 39 mit
einem nachschaltbaren Diagnose-Monitor 40 verbindet, werden die
in dem backup-RAM 35 gespeicherten Stördaten ausgelesen.
Die CPU 32 betreibt eine Kraftstoffeinspritzpulsweite oder eine
Zündzeit für den Einspritzer 10 aufgrund verschiedener Datenarten,
die in dem RAM 34 gemäß dem in dem ROM 33 gespeicherten Kontroll
programm abgelegt sind.
Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Funktionsanordnung für die
Fehlzündungsbestimmung der Überwachungseinrichtung 31 eine Zylin
derbestimmungseinrichtung 41, eine Kurbelwellenpulsbestimmungsein
richtung 42, eine Maschinendrehzahl-Recheneinrichtung 43, eine
Recheneinrichtung 44 für die Drehzahldifferenz, eine Maschinen
lastdaten-Betriebseinrichtung 45, eine Einstelleinrichtung 46 für
den Fehlzündungsbestimmungslevel, eine Fehlzündungs-Bestimmungs
einrichtung 47, eine Zylinderfehlzündungszeit-Zähleinrichtung 48,
eine Zylinderbetriebszyklenanzahl-Zähleinrichtung 49, eine Zyklen
anzahl-Bestimmungseinrichtung 50, eine Recheneinrichtung 51 für
die mittlere Zylinderfehlzündungszeit, eine Bestimmungseinrichtung
für anomale Zylinderfehlzündungen eines Zylinders 52, und eine
Anzeige-Treibereinrichtung 53.
Die Zylinderbestimmungseinrichtung 41 dient dazu, den Arbeitshub-
Zylinder #i (i=1, 3, 2, 4) aufgrund des vom Nockenwinkelsensor
18 bei den Projektionen 17a bis 17c des Nockenwellenrotors 17
erfaßten Nockenwellenpulses zu bestimmen. Die Funktion der
Zylinderbestimmungseinrichtung 41 entspricht einem Schritt S101,
der in Fig. 9 gezeigt ist.
Die Kurbelwellenpulsbestimmungseinrichtung 42 dient zum Bestimmen,
welcher der Vorsprünge 15a bis 15c zum vom Kurbelwinkelsensor 16
nach der Ausgabe des Nockenwellenpulses durch den Nockenwinkel
sensor 18 ausgegebenen Kurbelwellenpuls paßt. Die Funktion der
Kurbelwellenpuls-Bestimmungseinrichtung 42 entspricht einem
Schritt S103 in Fig. 9.
Die Maschinendrehzahl-Recheneinrichtung 43 dient dazu, die
Maschinendrehzahl N NEU im Intervall, in dem keine Arbeit
verrichtet wird, zu berechnen, aufgrund der Zeit, in der sich die
Kurbelwelle von R2 (Vorsprung 15b) nach R3 (Vorsprung 15c) be
wegt.
Die Recheneinrichtung 44 für die Drehzahldifferenz dient dazu,
eine Drehzahldifferenz ΔNi (i=1, 3, 2, 4) des Zylinders #1 zu
berechnen, der von der Zylinderbestimmungseinrichtung 41 bestimmt
wurde, aufgrund der vorliegenden Maschinendrehzahl N NEU, die
durch eine Differenzbildung vom Ausgabesignal der Maschinendreh
zahl-Berechnungseinrichtung 43 und der vorangegangenen Maschinen
drehzahl N ALT berechnet worden ist.
Wie in Fig. 6 im Fall der Viertakt-Vierzylindermaschine gezeigt
ist, wird die Maschinendrehzahl N NEU immer bei 180° KW berechnet,
wobei der Betrieb in einem Intervall erfolgt, in dem keine Arbeit
verrichtet wird. Wenn man beispielsweise, den Zylinder #1
betrachtet, kann die Drehzahldifferenz ΔN1 des Zylinders #1
erhalten werden, indem man die vorhergehende Maschinendrehzahl N
ALT von der vorliegenden Maschinendrehzahl N NEU subtrahiert. Für
den Zylinder #3 kann die Drehzahldifferenz ΔN3 des Zylinders #3
aus der Maschinendrehzahl N NEU des Zylinders #3 erhalten werden,
wenn angenommen wird, daß die Maschinendrehzahl N NEU des Zylin
ders #1 als N ALT betrachtet wird.
Wenn angenommen wird, daß jede Maschinendrehzahl, die den benach
barten Zylindern gemeinsam ist, als N4.1, N1.3, N3.2 und N2.4
gesetzt wird, wird die Drehzahldifferenz jedes Zylinders wie folgt
berechnet.
ΔNi = N NEU - N ALT
ΔN1 = N1.3 - N4.1
ΔN3 = N3.2 - N1.3
ΔN2 = N2.4 - N3.2
ΔN4 = N4.1 - N2.4
Es ist offensichtlich, daß die Drehzahldifferenz Ni eine starke
Korrelation mit einem mittleren effektiven Druck zeigt, der in
Fig. 6 dargestellt ist, d. h. mit dem Verbrennungszustand jedes
Zylinders. Somit wird durch Erhalten der Drehzahldifferenz ΔNi
angenommen, in welchem Verbrennungszustand jeder Zylinder #1
bleibt (beim mittleren effektiven Druck, der in Fig. 6 gezeigt
ist).
Als nächstes wird die Beziehung zwischen der Drehzahldifferenz
Ni und dem mittleren wirksamen Druck beschrieben.
Zunächst kann der Zustand der Maschinendrehung durch die Gleichung
I · 2π/60 · dN/dt = Ti - Tf, (1)
dargestellt werden, wobei I das Trägheitsmoment, N die Drehzahl,
Ti das Indikationsdrehmoment und Tf das Reibungsdrehmoment
bezeichnet.
Diese Gleichung (1) kann folgendermaßen vereinfacht werden:
dN/dt ∝ Ti - Tf. (2)
Indem man das Drehmoment durch den Druck ersetzt, kann die
Gleichung (2) als
dN/dt ∝ Pi - Pf, (3)
geschrieben werden, wobei Pi einen mittleren effektiven Druck und
Pf einen effektiven Reibungsverlustdruck bezeichnet.
In einem Experiment wurde der Wert dN/dt der Geleichung (3) aus
der Drehzahldifferenz ΔNi und der zeitlichen Änderung ΔT (180°
KW) erhalten, wenn die zum Erfassen der Drehzahl verwendete
Kurbelwinkelweite R2.3 etwa als Arbeitshub in der Viertakt-Vier
zylindermaschine gesetzt wurde. Das Experiment hat bewiesen, daß
der Wert dN/dt eine starke Korrelation mit Pi-Pf hat.
In diesem Fall kann angenommen werden, daß die Änderung von ΔT
(180° KW) vernachlässigbar und der effektive Reibungsverlust
druck Pf konstant ist. Also kann aus der Gleichung (3) die
folgende Gleichung erhalten werden:
N = K × Pi + Pf, (4)
wobei Pi und Pf Konstanten sind.
Damit kann aus der Drehzahldifferenz ΔN jedes Zylinders der
mittlere effektive Druck Pi, d. h. der Verbrennungszustand jedes
Zylinders abgeschätzt werden.
Wenn die Drehzahldifferenz ΔNi jedes Zylinders #i näher an "0"
liegt, kann jeder Zylinder einen gleichförmigen Verbrennungszu
stand haben.
Wenn andererseits angenommen wird, daß der mittlere effektive
Reibungsdruck durch eine Konstante C ersetzt wird und die
Proportionalkonstante K ist, kann die Gleichung (3) überführt
werden in
dN/dt = K · Pi - C. (5)
Wenn K und C bekannt sind, kann man daher den mittleren
effektiven Druck Pi bestimmen.
Indem man die Drehzahldifferenz ΔN gemäß Gleichung (5) nach der
Zeit differenziert, ist es möglich, den mittleren effektiven
Druck Pi aus der Drehzahldifferenz ΔN genauer festzulegen.
Die Maschinenlastdaten-Betriebseinrichtung 45 dient zum Setzen
der Maschinenlastdaten (= fundamentale Kraftstoffeinspritzpuls
weite) Tp aufgrund der angesaugten Luftmenge Q, die von dem Luft
ansaugmengensensor 8 gemessen worden ist, und der Maschinendreh
zahl N NEU.
Die Fehlzündungsbestimmungslevel-Einstelleinrichtung 46 dient zum
Einstellen des Fehlzündungsbestimmungslevels ΔN LEVEL aus der
Fehlzündungsbestimmungslevelkarte MP ΔN LEVEL mit den Parametern
der Maschinendrehzahl N NEU.
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Fehlzündungsbestimmungslevelkarte
MP ΔN LEVEL eine dreidimensionale Karte mit den Parametern
Maschinendrehzahl N NEU und den Maschinenlastdaten Tp. Jede
Fläche, die vom Gitter umschlossen ist, speichert den Fehl
zündungsbestimmungslevel ΔN LEVEL, der durch ein Experiment
oder dergleichen erhalten worden ist.
Wie in Fig. 8 gezeigt, steigt die Drehzahldifferenz ΔNi zeit
weilig an. Diese Änderung ist abhängig von den Fahrbedingungen
der Maschine. Die Änderung kann für jede Fahrbedingung durch ein
Experiment erhalten werden, wobei der Fehlzündungsbestimmungs
level ΔN LEVEL entsprechend der Änderung gesetzt und im Karten
format dargestellt wird, um eine hohe Genauigkeit für die Fehl
zündungsbestimmung zu erhalten.
Die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung 47 dient zum Vergleichen
der Drehzahldifferenz ΔNi des Zylinders #1 beim Arbeitshub mit
dem Fehlzündungsbestimmungslevel ΔN LEVEL und zum Bestimmen, ob
eine Fehlzündung in dem Zylinder #i beim Arbeitshub auftritt.
Die Zylinderfehlzündungszeit-Zähleinrichtung 48 dient zum Zählen
der Zeit Ci2 (Anzahl) der Fehlzündungen, die bei der Verbrennung
verursacht werden.
Die Zyklenanzahl-Bestimmungseinrichtung 50 dient zum Vergleichen
der Betriebszyklenanzahl Ci1 des Zylinders #i beim Arbeitshub,
wobei die Betriebszyklenanzahl von der Zylinderbetriebszyklenan
zahl-Zähleinrichtung 49 gezählt wurde, mit einer vorbestimmten
Prüfzyklenzahl Ci1SET und zum Bestimmen, ob die Betriebszyklen
anzahl Ci1 des Zylinders #i die Prüfzyklenzahl Ci1SET erreicht.
Die Recheneinrichtung 51 für die mittlere Zylinderfehlzündung
dient zum Berechnen der vorliegenden mittleren Fehlzündungszeit
Ci2 aus der Fehlzündungszeit Ci2, die während des Betriebszyklus
Ci1 des Zylinders #1 gezählt wurde, bei der der Betriebszyklus
die Prüfzyklenzahl und die mittlere Fehlzündungszeit
erreicht hat.
Die Bestimmungseinrichtung 52 für anomale Fehlzündungen eines
Zylinders dient zum Vergleichen der mittleren Fehlzündungszeit
mit einer festgesetzten Fehlzündungsbestimmungsreferenzzeit
, wenn die mittlere Fehlzündungszeit die Fehlzündungs
bestimmungsreferenzzeit erreicht, zum Speichern der ano
malen Fehlzündungsdaten des Zylinders #i in der Speichereinrich
tung (Backup-RAM) 35 und zum Ausgeben eines Treibersignales an
die Alarmeinrichtung 11, wie eine Anzeigelampe, über die
Treibereinrichtung 53.
Die anomalen Fehlzündungsdaten des Zylinders #i, die in der
Speichereinrichtung (Backup-RAM) 35 gespeichert sind, können an
einer geeigneten Stelle von einer händlerbetriebenen Service-
Station ausgelesen werden, wenn der nachgeschaltete Monitor 40 an
die Überwachungsvorrichtung angeschlossen wird. Von Zeit zu Zeit
können die anomalen Fehlzündungsdaten aus der Speichereinrichtung
35 über den Monitor 40 herausgenommen werden.
Als nächstes wird mit Bezug auf das in Fig. 9 gezeigte
Flußdiagramm ein Fehlzündungs-Bestimmungsverfahren beschrieben,
das gemäß der vorangegangenen Ausführungsform ausgelegt ist. Das
Kontrollprogramm wird für jeden Zylinder synchronisiert mit der
Drehzahl ausgeführt.
Zunächst, bei einem Schritt S101, bestimmt das Kontrollprogramm,
welcher der Zylinder #i (i=1, 3, 2, 4) in dem Verbrennungshub
bleibt, und zwar aufgrund des Kurbelwellenpulsausgabesignals vom
Kurbelwinkelsensor 16 und des Nockenwellenpulsausgabesignals vom
Kurbelwinkelsensor 18. Dann, bei einem Schritt S102, wird die
Betriebszyklenzahl Ci1 des Zylinders #i beim Arbeitshub gezählt
(Ci1←Ci1+1).
Als nächstes, bei einem Schritt S103, bestimmt das Kontroll
programm den Kurbelwellenpuls, der bei R2, R3, vor o. T. gefaßt
worden ist und vom Kurbelwinkelsensor 16 durch Unterbrechen des
Nockenwellenpulses ausgegeben ist. Bei einem Schritt S104 kann
die Zeitdauer f2, 3 aufgrund der Zeit, die zwischen den Kurbel
wellenpulsen R2 und R3 vor o. T. und einem Ventilatorwinkel
(R2-R3), der zwischen R2 und R3 gebildet ist, berechnet werden
(f2, 3 ← dt2, 3/d (R2-R3)).
Bei einem Schritt S105 berechnet das Kontrollprogramm die vor
liegende Maschinendrehzahl N NEU aufgrund der Periode f2, 3
(N NEU ← 60/(2π · f2, 3)). Dann, bei einem Schritt S106, berechnet
das Kontrollprogramm die Drehzahldifferenz ΔNi des Intervalls
(R2-R3), in dem keine Verbrennungsarbeit verrichtet wird
(ΔNi ← N NEU - N ALT) aufgrund der Differenz zwischen der vorlie
genden Maschinendrehzahl N NEU und der Maschinendrehzahl N ALT des
Zylinders #i, die beim vorigen Programmlauf berechnet worden ist.
Die Maschinendrehzahl N NEU, die für das Intervall (R2-R3)
berechnet wurde, in dem keine Verbrennungsarbeit verrichtet worden
ist, gibt einen relativ stabilen Wert an, weil sie keinen vom
Verbrennungsdruck abhängigen Änderungsfaktor enthält, der wiederum
die Drehzahl beeinflußt. Weiterhin werden zwei Maschinendrehzahlen
N NEU, N ALT, die miteinander verglichen werden sollen, unter
denselben Bedingungen erfaßt, so daß die Drehzahldifferenz
ΔNi eine definierte Korrelation mit dem Verbrennungszustand des
Arbeitshub-Zylinders #i hat. Daher wird der Verbrennungszustand
sehr genau bestimmt.
Dann, bei einem Schritt S107, berechnet das Kontrollprogramm die
Maschinenlastdaten (= fundamentale Verbrennungseinspritzpuls
weite) Tp aufgrund der Maschinendrehzahl N NEU und der Lufteinlaß
menge Q, die beim gegenwärtigen Programmlauf erhalten wurden
(Tp ← K×Q/N NEU K: konstant).
Bei einem Schritt S108 setzt das Kontrollprogramm den Fehl
zündungs-Bestimmungslevel ΔN LEVEL aus der Fehlzündungs-
Bestimmungslevelkarte MP ΔN LEVEL mit den Parametern der
Maschinenlastdaten Tp und der Maschinendrehzahl N NEU.
Dann, bei einem Schritt S109, wird die Drehzahldifferenz
ΔNi mit dem Fehlzündungs-Bestimmungslevel ΔN LEVEL verglichen.
Der Fehlzündungs-Bestimmungslevel ΔN LEVEL kann entsprechend den
Fahrbedingungen geeignet variiert werden, indem die Karte wieder
aufgerufen wird, so daß sie in relativ großer Genauigkeit gehalten
werden kann.
Bei einem Schritt S109, wenn ΔNi < ΔN LEVEL, d. h., wenn die
Drehzahldifferenz ΔNi des Zylinders #i im Arbeitshub geringer
als der Fehlzündungs-Bestimmungslevel ΔN LEVEL bestimmt worden
ist (siehe Fig. 9), bestimmt das Kontrollprogramm, daß eine
Fehlzündung auftritt und geht zu einem Schritt S110 über. Falls
ΔNiΔN LEVEL, bestimmt das Programm, daß der Zylinder #i im
normalen Verbrennungszustand bleibt und geht zu einem Schritt
S111 über.
Beim Schritt S110, wenn das Programm bestimmt, daß eine Fehl
zündung aufgetreten ist, wird die Fehlzündungszeit Ci2 des Ar
beitshub-Zylinders #1 gezählt (Ci2←Ci2+1), und das Verfahren
geht zum Schritt S111 über.
Beim Schritt S111 wird die Betriebszyklenanzahl Ci1 des Arbeits
hub-Zylinders #i mit der vorbestimmten Prüfzyklenzahl Ci1SET (bei
spielsweise 100 Zyklen) verglichen. Wenn die Betriebszyklenanzahl
Ci1 nicht die vorbestimmte Zyklenzahl Ci1SET erreicht
(Ci1 < Ci1SET), springt das Verfahren zu einem Schritt S119.
Wenn die Betriebszyklenanzahl Ci1 die Prüfzyklenzahl Ci1SET er
reicht (Ci1 Ci1SET), geht das Verfahren zu einem Schritt S112
über, bei dem Betriebszyklenanzahl Ci1 zurückgesetzt wird
(Ci1 ← Φ).
Bei Schritt S113 liest das Programm die mittlere Fehlzündungszeit
des Arbeithub-Zylinders #i aus, die in der vorangegangenen
Prüfungsperiode berechnet worden ist. Bei einem Schritt S114 wird
die laufende mittlere Fehlzündungszeit des Zylinders Ci2 von
einer Gewichtung eines Summations-Koeffizienten r auf der Grund
lage der mittleren Fehlzündungszeit des Zylinders der
Zylinderfehlzündungszeit Ci2, die auf der vorliegenden Prüfzyklen
anzahl Ci1SET gezählt wurde, erhalten
Da die mittlere Fehlzündungszeit Ci2 eines Zylinders aus einer
Gewichtung erhalten wird, ist es möglich, Fehler bei der Bestim
mung der Fehlzündung des Arbeitshub-Zylinders #i sowie Bestimmung
einer zeitweiligen Fehlzündung, die aus der abrupten Verbrennungs
änderung herrührt, zu vermeiden.
Dann, bei einem Schritt S115, wird die Zylinderfehlzündungszeit
Ci2 zurückgesetzt (Ci2 ← Φ). Weiterhin wird bei einem Schritt
S116 die mittlere Fehlzündungszeit des Zylinders, wie in
der vorangegangenen Prüfperiode beim Schritt S116 berechnet worden
ist, mit der vorliegenden mittleren Fehlzündungszeit
überschrieben.
Bei einem Schritt S117 wird die vorliegende mittlere Zylinderfehl
zündungszeit mit der vorbestimmten Bestimmungsreferenzzeit
für anomales Auftreten einer Fehlzündung verglichen. Falls
< Ci2SET, d. h., wenn die mittlere Fehlzündungszeit des
Zylinders größer ist als die Bestimmungsreferenzzeit Ci2SET des
anomalen Auftretens einer Fehlzündung, stellt das Programm fest,
daß die anomale Fehlzündung in dem Zylinder #i aufgetreten ist
und geht zu einem Schritt S118 über. Beim Schritt S118 werden die
anomalen Fehlzündungsdaten im Zylinder #i an der festgesetzten
Adresse des Backup-RAM 35 gespeichert, und die Anzeigelampe wird
angeschaltet, um dem Fahrer einen Alarm wegen der anomalen Fehl
zündung zu geben. Dann geht das Verfahren zu einem Schritt S119
über. Wenn ist, bestimmt das Programm, daß eine
anomale Fehlzündung in dem Zylinder #i nicht aufgetreten ist und
geht zum Schritt S119 über.
Die Fig. 10 und 11 zeigen die modifizierte Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung. Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild einer
Überwachungsvorrichtung und Fig. 11 ein Flußdiagramm eines Fehl
zündungs-Bestimmungsverfahrens.
Die Beschreibung wird ausgelassen, soweit sie Einrichtungen und
Schritte betrifft, die dieselbe Funktion haben, wie zuvor mit
Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben ist.
Die modifizierte Ausführungsform ist so ausgelegt, daß festgestellt
werden kann, ob beim Leerlauf des Fahrzeuges eine Fehlzündung
auftritt.
Eine Leerlauf-Bestimmungseinrichtung 71 bestimmt anhand der Fahr
zeuggeschwindigkeit, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor
erfaßt wird, und eines Ausgabesignals eines Leerlaufschalters 9b,
ob das Fahrzeug im Leerlauf läuft.
Eine Fehlzündungs-Bestimmungseinrichtung 72 vergleicht die
Drehzahldifferenz ΔNi des Arbeitshub-Zylinders #i, die mit der
Recheneinrichtung 44 für die Drehzahldifferenz mit dem festgeleg
ten Fehlzündungs-Bestimmungslevel ΔN LEVEL berechnet ist und
stellt fest, ob Fehlzündung im Zylinder #i aufgetreten ist.
Im Leerlauf ist die Maschinendrehzahl gering und die Laständerung
ist klein. Daher kann es sein, daß der Fehlzündungs-Bestimmungs
level ΔN LEVEL nicht so variabel ist, wie mit Bezug auf die
erste Ausführungsform beschrieben, sondern eine durch ein
Experiment ermittelte Konstante ist, somit wird kein Fehler
entdeckt.
Zusätzlich haben die zuvor beschriebenen Ausführungsformen die
Maschinendrehzahl als den Maschinenzustand charakterisierende
Betriebsgröße verwendet. Statt dessen können sie auch eine Zeit
dauer, eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Winkelbeschleunigung
verwenden.
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung so ausgelegt,
daß die Betriebsgrößen derjenigen Intervalle miteinander ver
glichen werden, in denen keine Arbeit verrichtet wird, um die
Änderung der Betriebsgröße zu berechnen. So wird der Vergleich
durchgeführt, ohne daß ein Faktor enthalten ist, der die Drehzahl
ändert, wobei dieser Faktor vom Verbrennungsdruck der anderen
Zylinder herrühren könnte. Dadurch wird es möglich, die Betriebs
größen unter denselben Bedingungen zu vergleichen und genau den
Verbrennungszustand jedes Zylinders zu bestimmen. Die Bestimmungs
referenz ist somit klargestellt, so daß die Fehlzündung genau
festgestellt werden kann.
Weiter wird bei der Erfindung die Fehlzündungszeit jedes Zylinders
bei jedem festgelegten Zyklus gemittelt. Diese Funktion ist wirk
sam, um zeitweilig auftretende Fehlzündungs-Bestimmungen zu modi
fizieren, die von einer abrupten Änderung der Verbrennung herrüh
ren. Dadurch wird die Genauigkeit der Fehlzündungs-Bestimmung
verbessert.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin die mittlere Fehlzündungzeit
mit einer festgesetzten Fehlzündungs-Bestimmungsreferenzzeit
verglichen, um die anomale Fehlzündung in jedem Zylinder zu
erfassen. Dadurch wird es möglich, genau zu bestimmen, ob die
Fehlzündung des Zylinders zulässig ist oder nicht.
Wenn die tatsächlich gezählte mittlere Fehlzündungszeit jedes Zylinders
die maximale mittlere Zählzeit erreicht, dient die Erfindung dazu, die
maximale mittlere Zählzahl festzuspeichern.