DE4116642C2

DE4116642C2 - Zündanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Überwachungsschaltung zum Erkennen von Zündaussetzern

Info

Publication number: DE4116642C2
Application number: DE4116642A
Authority: DE
Inventors: Richard Schleupen; Karl-Heinz Kugler; Arnd-Matthias Langner; Karlheinz Riedel; Christian Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-08-25
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2011-05-23
Also published as: DE4116642A1; US5334938A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits eine Zündanlage aus der US-PS 4 918 389 beziehungsweise der entsprechenden EP 0 344 349 bekannt, bei der die Überwachung der Zündanlage anhand der primärseitigen Überwachung der Funkendauer erfolgt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es unter bestimmten Betriebsbedingungen keine zuverlässige Methode ist. Insbesondere bei hohen Drehzahlen und rotierender Hochspannungsverteilung brennt der Funke nicht aus, sondern wird durch das Wiedereinschalten der Zündspule gelöscht.

In der DE-OS 28 00 912 wird beschrieben, daß durch ein primärseitiges Messen der Brennsspannung der einzelnen Zündfunken eine Erkennung von Zündaussetzern erfolgt.

Bekannte Verfahren zur Überwachung von Zündanlagen sind z. B. die Überwachung der Katalysatortemperatur, das Erfassen von Laufunruhe, das Lambdasondensignal und die Funkendauermessung.

Diese bekannten Verfahren liefern nicht in allen Betriebsbereichen gleich gute Ergebnisse, wie oben bereits zur Messung der Funkendauer ausgeführt. Auch können äußere Einflüsse die Ergebnisse verfälschen, so z. B. bei der Laufunruhemessung die Beeinträchtigung durch Fahrbahn- und Triebstrangeinflüsse (z. B. Schlaglöcher).

Vorteile der Erfindung

Die Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs erfüllt gegenüber dem Bekannten die Aufgabe, daß in der Zündanlage verschiedene Methoden der Aussetzererkennung korreliert werden. Da die in der erfindungsgemäßen Lösung verwendeten Verfahren der Funkendauererfassung und Brennspannungsüberwachung in unterschiedlichen Betriebsbereichen des Motors verschieden gute Erkennungsmöglichkeiten liefern, ist es vorteilhaft die Umschaltung zwischen beiden Verfahren oder eine gleichzeitige Auswertung in Abhängigkeit von Betriebspunkten des Motors vorzunehmen. Die Grenzwerte für eine korrekte Zündung können entsprechend dem Betriebspunkt des Motors, der in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsparametern berechnet wird, so bestimmt werden, daß die Fehlererkennung mit einer möglichst großen Sicherheit erfolgen kann. Zusätzlich ist es möglich, in Abhängigkeit von der in einem Betriebspunkt beziehungsweise Betriebsbereich jeweiligen Erkennungsqualität zwischen Einzelfehlererkennung und Fehlererkennung über statistische Verfahren umzuschalten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündalange möglich. Besonders vorteilhaft ist, die Fehlererkennungsschwellen in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Motors zu verändern. Zum anderen ist es günstig, die Methoden der Aussetzererkennung so zu verbinden, daß mindestens von einer Methode in bestimmten Betriebsbereichen des Motors auch sporadisch auftretende Fehler erkannt werden, um einen besseren Katalysatorschutz zu gewährleisten.

Ein weiterer Vorteil der Überwachungsschaltung besteht in der Möglichkeit aus Funkendauer und Brennspannung Rückschlüsse auf die an der Brennkraftmaschine angreifende Last zu ziehen. So bewirkt eine zunehmende Last beispielsweise eine steigende Brennspannung an der Zündkerze und eine kürzere Funkendauer. Über die ermittelten Werte Funkendauer und Brennspannung kann beispielsweise anhand einer abgespeicherten Tabelle eine Bestimmung der angreifenden Last erfolgen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ablaufplan der Fehlererkennung,

Fig. 2 eine Funkendauermeßschaltung,

Fig. 3 den Spannungsverlauf an der Primärseite der Zündspule für die Fehlerfälle bei

a) abgefallenem Kerzenstecker,
b) Nebenanschluß an der Kerze,

Fig. 4 zum Vergleich den Spannungsverlauf einer ordnungsgemäßen Zündung und

Fig. 5 eine Funkendauermeßschaltung für ruhende Hochspannungsverteilung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung liefert zur Funkendauerüber wachung in unterschiedlichen Betriebsbereichen des Verbrennungsmo tors verschieden gute Erkennungsmöglichkeiten, deshalb wird in Fig. 1 eine Funkenüberwachung durch die Verknüpfung zweier Einzelver fahren der Funkenüberwachung vorgeschlagen, die ebenfalls in der Schaltung nach Fig. 2 realisiert ist.

Der Programmablaufplan nach Fig. 1 hat folgende Wirkungsweise.

Im Programmschritt 1 werden die konkreten Betriebsparameter (wie z. B. Drehzahl, Last, Temperatur usw.) erfaßt und im Programm schritt 2 an eine Abfrage weitergegeben, die nun eine Auswahl des Verfahrens zur Funktionsüberwachung vornimmt, wobei die Funkendauererfassung gut geeignet ist für den Bereich kleiner und die Brennspannungserfassung für den Bereich großer Drehzahlen. So ist es z. B. ungünstig bei rotierender Hochspannungsverteilung die Funkendauer über 4000 U/min auszuwerten. Die Messung der Funkendauer ist für eine Zündaussetzererkennung generell dann nicht geeignet, wenn in der Zündspule eine Restenergie zurückbleibt, d. h. wenn der Zündfunke vorzeitig gelöscht wird. Die Brennspannung wiederum ist für den Vollastbereich keine sichere Methode der Zündaussetzerer kennung; man wird hierbei also die Methode der Funkendauermessung nutzen und eine Fehlererkennung mit statistischen Mitteln durch führen. Gleichzeitig kann es vorkommen, daß beide Verfahren (Funken dauerüberwachung, Brennspannungsüberwachung) gleich gute verwertbare Ergebnisse erzielen. In diesem Fall läßt man beide Verfahren gleich berechtigt ablaufen und hat somit noch eine zusätzliche Kontrollmög lichkeit, was in Fig. 1 nicht dargestellt ist.

Die Brennspannung kann mit der weiter unten noch erläuterten Schaltung in Fig. 2 ermittelt werden, wobei dieses Verfahren be reits prinzipiell aus EP 0 344 349 bekannt ist. Im Programmschritt 3 erfolgt eine Berechnung der Fehlererkennungsschwellen, wobei diese Schwellen zur Fehlererkennung immer für den konkreten Betriebspunkt z. B. über ein last- und drehzahlabhängiges Kennfeld berechnet werden. In einem Programmschritt 4 erfolgt die Messung der Funken dauer. Dazu kann man bereits bekannte Schaltungen und Verfahren nutzen, wie z. B. die aus der US-PS 49 18 389 bekannte Zündfunken dauererfassung. Die Ergebnisse aus Programmschritt 3 und 4 werden in der Abfrage 5 zusammengeführt und je nach Erkennungsqualität ent schieden, ob eine Einzelfehlererkennung möglich ist, so ist z. B. bei kleiner Last insbesondere im Schiebetrieb die Erkennungssicher heit einer Einzelfehlererkennung gut, jedoch im Vollastbereich kritisch. Die Entscheidung zwischen Einzelfehlererkennung und Fehlererkennung über statistische Verfahren wird in Abhängigkeit von der möglichen Erkennungsqualität getroffen. So sind beispielsweise die erfaßten Parameter (Funkendauer, Brennspannung) sowohl ordnungsgemäßer Zündungen als auch der Fehlerfälle in der Regel normalverteilt, wobei die Verteilungsgruppen sich durchdringen können, Mittelwert und Streuung jedoch unterschiedlich sind. Daher können mit statistischen Verfahren Mittelwert und Streuung der er faßten Meßwerte ermittelt und zur Fehlererkennung herangezogen werden. Kann diese Abfrage 5 "Einzelfehlererkennung möglich?" mit "Ja" beantwortet werden, so werden im Schritt 6 an einem Komparator die Meßwerte mit den im Programmschritt 3 berechneten Fehlerer kennungsschwellen verglichen. Im Schritt 7 wird kontrolliert, ob die Meßwerte (Brennspannung und/oder Funkendauer) innerhalb der vom Betriebspunkt abhängigen Grenzwerte für eine korrekte Zündung liegen. Ist dies der Fall, so war die erfolgte Zündung in Ordnung, was im Programmschritt 18 registriert wird. Erhält die Abfrage eine negative Antwort, so erfolgt im Programmschritt 8 eine Fehlerer kennung. Die Fehlererkennung wird im Programmschritt 15 in einem Speicher abgelegt. Zusätzlich wird im Programmschritt 16 eine Warn lampe betätigt. Im Programmschritt 17 werden die entsprechenden Maß nahmen zum Schutz des Katalysators eingeleitet. So ist es denkbar, eine Abschaltung der Einspritzung des entsprechenden Zylinders vor zunehmen, wobei sowohl eine Einzelabschaltung bei sequenzieller Ein spritzung als auch einer Gruppenabschaltung möglich ist. Gleich zeitig wird man die Lambdaregelung abschalten und im Steuergerät eine Lambda = 1 Steuerung festlegen.

Wird bei der Abfrage 5 entschieden, daß aufgrund der Erkennungs qualität keine Einzelfehlererkennung erfolgen kann, sondern nur Fehler erkannt werden, die mit einer bestimmten Häufigkeit oder periodisch in bestimmten Zeitabständen auftreten, so wird nun im Schritt 9 mit einem Komparator ein Vergleich der Meßwerte mit den entsprechenden Fehlererkennungsschwellen vorgenommen. Liegen die Meßwerte innerhalb der zulässigen Schwellen, so wird in einem Frage glied 12 kontrolliert, ob die Fehlerzahl FZ = 0 ist. Ist das nicht der Fall, so wird in einem Programmschritt 13 die Fehlerzahl durch Subtraktion einer kostanten Größe (FZ - A), wobei A beispiels weise 1 betragen kann, rückgesetzt und im Programmschritt 18 eine ordnungsgemäße Zündung registriert. Die so ermittelte ordnungsgemäße Zündung wird genauso wie eine in Frageglied 7 (bei Einzelfehlerer kennung) ermittelte ordnungsgemäße Zündung im Programmschritt 18 zusammengeführt und bewirkt im Programmschritt 19, daß eventuell bereits eingeleitete Fehlermaßnahmen abgeschaltet werden. Wird in Frageglied 10 erkannt, daß die Meßwerte nicht in den zulässigen Schwellen liegen, so wird in einem Programmschritt 11 die Fehlerzahl durch Addition mit einer additiven Größe (FZ + B wobei B z. B. 5 be tragen kann) erhöht. In einer Abfrage 14 wird kontrolliert, ob die Fehlerzahl eine bestimmte Schwelle, wobei diese Schwelle applika tionsspezifisch festgelegt wird und beispielsweise 80 Hx betragen kann, überschreitet. Liegt die Fehlerzahl unterhalb dieser Schwelle, so erfolgt die Entscheidung Zündung "o.k." wie zu Programm schritt 18 beschrieben.

Bei einer Fehlerzahl über der festgelegten Schwelle wird im Pro grammschritt 8 ein Fehler erkannt und führt zu dem bereits weiter oben beschriebenen Maßnahmen. Zu der im Programmschritt 3 erwähnten Berechnung der Fehlererkennungsschwelle ist noch auszuführen, daß Funkendauer und Brennspannung auch bei ordnungsgemäßer Zündung über dem Betriebsbereich des Motors stark variieren, ebenfalls können Unterschiede zwischen einzelnen Zylindern auftreten. So ist bei spielsweise die Funkenbrenndauer bei Schub sehr lang, jedoch bei Vollast wesentlich kürzer. Daher ist eine Anpassung der Fehlerer kennungsschwellen an die unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen vorteilhaft, da hierdurch die Erkennungssicherheit erhöht wird. Realisiert wird das durch betriebspunktabhängige Berechnungen der Schwellen, z. B. aus einem Kennfeld, wobei diese Berechnung auch zylinderselektiv erfolgen kann. Eine weitere vorteilhafte Weiter bildung ist es, die berechneten oder einem Festwertspeicher entnom menen Erkennungsschwellen adaptiv zu verändern, z. B. um Serien streuungen solcher Parameter (z. B. Verdichtung) zu berücksichtigen, die Funkenbrennspannung und Funkendauer ordnungsgemäßer Zündungen beeinflussen.

Beispielsweise können Mittelwert und Streuung ordnungsgemäßer Zündungen laufend erfaßt und hieraus Korrekturgrößen für die be rechneten beziehungsweise im Festwertspeicher abgelegten Fehlerer kennungsschwellen abgeleitet werden. Diese Korrekturgrößen werden vorteilhaft in einem Langzeitspeicher abgelegt (EEPROM oder dauer versorgtes RAM) und/oder bei Änderungen - z. B. durch Verrußen der Zündkerzen - überschrieben werden.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit, die Spannung an der Primärwicklung der Zündspule zu überwachen. Diese Schaltungsanordnung ist bereits aus der US-PS 4 918 389 bekannt. Sie soll deshalb in ihrer Gesamt wirkungsweise nicht erklärt werden. Zur Erläuterung sei jedoch noch erwähnt, daß zwischen Klemme 21 und 22 die Primärwicklung der Zünd spule angeschlossen ist, wobei an Klemme 21 die Batteriespannung Ub anliegt. Die primärseitig induzierte Spannung wird über einen Tansistor 23 und über einen zugehörigen Spannungsteiler an den positiven Eingang eines Komparators 26 gegeben. Der zweite Eingang des Komparators wird von einem µC 27 betriebspunktabhängig auf vorgegebene Schaltschwellen gelegt. Ein der Funkenbrenndauer ent sprechendes Digitalsignal steht am Ausgang des Komparators 26 zur Verfügung und wird einem Eingangsport des µC zugeführt.

Die Amplitude des am Punkt A anliegenden Signals entspricht der Funkenbrennspannung. Dieses Signal wird durch die Zenerdiode 31 auf die Schaltung unschädliche Spannungswerte begrenzt und über den Spannungsteiler 28, 29 einem A/D-Wandler zugeführt.

Diese Schaltung dient in der bekannten Anordnung ausschließlich zur Erfassung und Bewertung der Funkenbrenndauer. Als zusätzliches Er kennungskriterium kann die Spannungshöhe an Klemme 22 der Zündspule und damit die Funkenbrennspannung erfaßt werden. Hierfür kann die an sich bekannte Schaltung erweitert werden, in der Art, daß der Aus gang A über einen Spannungsteiler 28, 29 an einen AD-Kanal 30 des steuernden Mikroprozessors 27 geführt wird.

Denkbar wären auch andere Auswertelogiken. Dieses Verfahren der Er fassung der Funkenbrennspannung kann sowohl anstelle der Funken dauererfassung betrieben werden, als auch in Kombination.

Bei dem Verfahren zur Überwachung der Primärspannung ist es vorteil haft, die Primärspannung mindestens zu einem festen Zeitpunkt abzu tasten, vorteilhaft sind hierbei 250 bis 400 Mikrosekunden nach dem Zündzeitpunkt, wobei jedoch eine bessere Erkennungsqualität durch Mehrfachabtastung gewonnen wird. Hierbei wären z. B. 4 bis 5 Ab tastungen in einem 100-Mikrosekundenraster denkbar.

In Fig. 3 sind die Spannungsverläufe an der Primärwicklung bei zwei typischen Fehlern dargestellt, wobei in Fig. 3a der Spannungsver lauf bei einem abgefallenem Kerzenstecker gezeigt ist, und in Fig. 3b der Spannungsverlauf bei Nebenschluß an der Kerze.

In Fig. 4 ist zum Vergleich der Spannungsverlauf an der Primär wicklung bei ordnungsgemäßen Zündverlauf dargestellt.

Bei allen Fig. 3a, b und 4 ist der Spannungsverlauf an Klemme 22 zeitabhängig dargestellt.

In Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, daß der Zündfunke nach dem Ein schwingen in einem Zeitraum von z. B. 3 ms ausbrennt und die Primär spannung abnimmt bis nach diesem Zeitraum der Zündfunke abreißt und am Funkenende ein kurzes Überschwingen auftritt.

Im Gegensatz dazu wird bei Fig. 3a zwar eine Hochspannung aufge baut, kann jedoch aufgrund einer sekundärseitigen Unterbrechung nicht an die Zündkerze weitergegeben werden, d. h. es ist kein typischer Verbrennungsverlauf wie in Fig. 4 zu erkennen, bei dem die Hochspannung langsam abgebaut wird.

Bei Fig. 3b wird ebenfalls in der Zündspule eine Hochspannung in duziert, die jedoch über Nebenschlüsse der Zündkerze rasch abfließt und so zu keinem Zündfunken führt.

Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit, die Spannung an der Primärwicklung einer Zündspule bei ruhender Hochspannungsverteilung zu überwachen. Hierfür wurde die Schaltung in Fig. 2 entsprechend verändert, so daß gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen aufweisen. Die Gesamt wirkungsweise dieser Schaltung soll hier nicht erläutert werden. Sie entspricht der in Fig. 2 erläuterten Schaltung. Die Auswerte schaltung ist über die Klemme 22 in den Primärkreis eingekoppelt, wobei die Indizees a, b und c verdeutlichen sollen, daß die Signale an verschiedenen Zündspulen, zum Beispiel entsprechend der Zündfolge abgegriffen und zur Auswertung über den Widerstand 35 und die Diode 36 vom gemeinsamen Punkt A an den positiven Eingang des Komparators 26 gegeben werden. Die Ansteuerung weiterer Endstufen vom µC 27 soll hier durch die Ausgänge 37 verdeutlicht werden. Mit dieser Anordnung wird auch bei mehreren Zündspulen nur eine Auswerte schaltung benötigt.

Claims

1. Zündanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Überwachungs schaltung, die die Funktion einzelner Zündvorgänge durch Erfassung der Zündfunkenbrenndauer primärseitig überwacht und bei Zündaus setzern ein Störsignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Über wachungsschaltung zusätzlich zur Messung der Zündfunkenbrenndauer die transformierte Brennspannung der einzelnen Zündfunken primär seitig mißt und daß die Überwachungsschaltung für verschiedene Be triebsbereiche der Maschine, die durch Erfassen von Betriebspara metern der Maschine ermittelt werden, so umschaltbar ist, daß sie abhängig davon die Zündfunkenbrenndauer und/oder Zündfunkenbrenn spannung mit Grenzwerten für eine korrekte Zündung vergleicht.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte für eine Fehlererkennung in Abhängigkeit von dem je weiligen Betriebspunkt der Maschine und/oder vom jeweils gezündeten Zylinder veränderbar sind.

3. Zündanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Qualität der Meßergebnisse die Überwachungsschaltung auf eine Einzelfehlererkennung oder eine Fehlererkennung mit statistischen Mitteln umschaltbar ist.

4. Zündanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem erkannten Zündaussetzer über einen Vergleich mit der vorgege benen Zündfolge der fehlerhaft arbeitende Zylinder zu diagnosti zieren ist.

5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ab schalten des fehlerhaft arbeitenden Zylinders und/oder eine Fehler anzeige erfolgt.

6. Zündanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß bei einer Fehlererkennung ein Abschalten einer Lambda-Regelung erfolgt und zum Schutz des Katalysators vor Über hitzung eine Kraftstoffgemisch-Steuerung für Lambda = 1 festgelegt wird.

7. Zündanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte durch adaptive Korrekturgrößen veränderbar sind, die durch Auswertung der als ordnungsgemäß erkannten Funkendauer und Brennspannungsverläufe gewonnen werden.

8. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lasterkennung durch Zuordnung der ermittelten Werte für Brennspannung und Funkendauer in einer abgespeicherten Tabelle erfolgt.

9. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei ruhender Hochspannungsverteilung durch Einfügen von Dioden in den Zweig der Signalauskopplung für mehrere Zündspulen nur eine Auswerteschaltung erforderlich ist.