DE4042093C2 - Vorrichtung zum Feststellen von Fehlzündungen bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Feststellen von Fehlzündungen bei einer Brennkraftmaschine, die eine Einrichtung zum Über­ wachen des Verbrennungszustandes jedes Zylinders in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und zum Bestimmen des Auftretens von anomaler Verbrennung in dem Zylinder umfaßt, mit
einer Recheneinrichtung (44) zum Vergleichen einer für den Maschinenzustand charakteristischen Betriebs­ größe in einem vorangehenden Intervall ohne Verbrennung mit der Betriebsgröße im vorliegenden Intervall ohne Verbrennung und zum Berechnen einer Änderung der Be­ triebsgröße des Zylinders durch einen Arbeitshub;
einer Fehlzündungs-Bestimmungseinrichtung (47) zum Vergleichen der Änderung der Betriebsgröße mit einem Fehlzündungs-Bestimmungslevel, um einen Fehlzündungs­ zustand festzustellen;
einer Betriebszyklen-Zähleinrichtung (49), die zyklisch zählt bis jeweils eine vorbestimmte Prüfzyklenzahl erreicht ist;
einer Fehlzündungs-Zähleinrichtung (48) zum zylinder- individuellen Zählen der Anzahl der Fehlzündungen, die aufgetreten sind, während die Betriebszyklen- Zähleinrichtung jeweils bis zur vorbestimmten Prüfzyklenzahl gezählt hat;
einer weiteren Recheneinrichtung (51) zum Bilden eines laufenden Mittelwertes durch gewichtetes Mitteln der aktuell ermittelten Fehlzündungsanzahl mit dem im vorangegangenen Durchlauf ermittelten laufenden Mittelwert; und
einer Bestimmungseinrichtung (52) zum Vergleichen des laufenden Mittelwertes mit einem festgelegten Maximalwert, um das anomale Auftreten von Fehlzündungen für jeden Zylinder zu erfassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Be­ triebsgröße die Maschinendrehzahl ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrichtung (35) zum Speichern der erfaßten anomalen Fehlzündung vorgesehen ist.