DE4120935C2

DE4120935C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4120935C2
Application number: DE4120935A
Authority: DE
Inventors: Wataru Fukui; Toshio Iwata; Toshio Ohsawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: US5343844A; DE4120935A1; KR920001068A; KR950004612B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor, wobei die Fehlzündungen des Motors auf der Basis eines durch die Zündkerze im Raum zwischen den Elektroden erzeugten Ionenstromes erfaßt werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen, bei dem ein Stromsignal entsprechend dem Pegel des so erzeugten Ionenstromes mit einem Schwellenwert verglichen wird, um die Motorfehlzündung zu erfassen.

Im allgemeinen besitzen Verbrennungsmotoren, wie etwa Automobilbenzinmotoren, eine Mehrzahl von Zylindern (beispielsweise vier), die vier Perioden durchlaufen, nämlich einen Ansaughub, einen Kompressionshub, einen Arbeitshub und einen Ausstoßhub. Um die Zündzeitfolge der Zylinder, die Reihenfolge der Kraftstoffeinspritzungen in die Zylinder, etc., richtig zu steuern, wird eine Motorsteuereinheit in Form eines Mikrocomputers verwendet, um verschiedene elektronische Berechnungen durchzuführen. Hierzu identifiziert der Mikrocomputer die Betriebsstellungen der Zylinder und steuert dementsprechend ihr Arbeiten, und zwar auf der Basis eines Zylinderbezugspositionssignals, das die Kurbelpositionen der Zylinder darstellt, und eines Zylinderidentifikationssignals, wobei beide Signale von einem Signalgenerator synchron mit der Umdrehung des Motors erzeugt werden.

Beispielsweise muß zur Steuerung der Zylinderzündung das durch einen Kolben verdichtete Kraftstoff/Luftgemisch in jedem Zylinder zur Verbrennung in einem optimalen Zeitpunkt durch einen Funken gezündet werden, der von der Zündkerze erzeugt wird. Es gibt dabei jedoch Zeiten, in denen die Mischung im Zylinder trotz Zündung durch eine Zündkerze nicht richtig verbrennt, je nach Zustand der Verbrennung, Zustand der Zündkerze, etc . . In dieser Situation wird den übrigen Zylindern eine anormal große Belastung aufgebürdet, was die Schädigung des Motors befürchten läßt. Um also einen sicheren Motorbetrieb zu unterhalten, ist es erforderlich, bei jeder Zündperiode jedes Zylinders festzustellen, ob die Mischung im Zylinder einwandfrei verbrannt ist. Zu diesem Zweck ist eine Fehlzündungserfassungsvorrichtung vorgeschlagen worden, die den Zustand der Verbrennung in jedem Zylinder durch Erfassen des Ionenstroms feststellt, der durch die Zündkerze im Raum zwischen den Elektroden derselben erzeugt wird.

Aus DE-AS 25 07 286 ist eine Vorrichtung zum Feststellen von Verbrennungsfehlern in einer Brennkraftmaschine bekannt, in der zwei Spannungspegel berücksichtigt werden, die zu einer Zählwerterhöhung bzw. Rücksetzung eines Zählers verwendet werden. Eine normale Verbrennung führt zu einer Inkrementierung des Zählers, der im folgenden sofort wieder auf Null zurückgesetzt wird. Fehlt ein eine normale Verbrennung kennzeichnender Signalabschnitt, wird der Zähler zwar inkrementiert, aber im folgenden nicht auf Null zurückgesetzt. Mehrere aufeinanderfolgende anormale Verbrennungen führen schließlich zu einem Fehlersignal. Diese Vorrichtung weist allerdings eine reduzierte Zuverlässigkeit aufgrund möglicher nicht erkennbarer Fehlersituationen, wie z. B. dem völligen Ausbleiben der Signale 32 und 33 bzw. einem Ausfall eines Multivibrators 26 auf.

Aus DE-39 34 310 A1 ist eine Zündaussetzer-Erkennungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung 20 mit einem Zündkerzenanschluß verbunden ist, die ein Ausgangssignal liefert, das einem während des Zündvorgangs eines Zylinders auftretenden Ionenstrom entspricht. Das Ausgangssignal C der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung 20 wird über ein Torglied 13 an einen Vergleicher 14 angelegt, der ein Ausgangssignal an einen Zündaussetzer-Diskriminator 15 liefert, wenn das vom Torglied 13 durchgelassene Ausgangssignal der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung 20 einen Schwellwert übersteigt. Diese Vorrichtung ist in der Lage, durch die Verwendung des Torgliedes 13 die unmittelbar nach erfolgter Zündung auftretenden Störanteile in Ionenstrom-Signal zu maskieren. Jedoch lassen sich mit dieser Vorrichtung nur solche Störkomponenten, die durch die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder dem Ionenstrom überlagert sind, beseitigen, die kurz nach den Auftreten des Zündfunkens dem Ionenstrom aufgeprägt sind. Störkomponenten, die während der eigentlichen Erfassungsphase dem Ionenstrom überlagert sind, können mit dieser bekannten Vorrichtung nicht beseitigt werden und führen in ungünstigen Fällen zu einer fehlerhaften Detektion von Fehlzündungen.

Fig. 10 veranschaulicht ein weiteres typisches Beispiel einer bekannten Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. In dieser Figur ist eine Kurbelwelle 1 eines nicht dargestellten Motors mit einer Mehrzahl von Kolben in den Zylindern (nicht dargestellt) verbunden, so daß die Kurbelwelle entsprechend der Betriebsweise der Kolben in Drehung versetzt wird. Eine Nockenwelle 2 ist über einen Zeitgeberriemen 3 mit der Kurbelwelle 1 betriebsfertig verbunden und läuft synchron mit der Kurbelwelle 1 um.

Im Falle normaler Viertaktmotoren wird alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle eine Folge von vier Takten ausgeführt, nämlich ein Ansaughub, ein Kompressionshub, ein Arbeitshub und ein Ausstoßhub, so daß die Nockenwelle 2 auf zwei Kurbelwellenumdrehungen eine volle Umdrehung vollzieht. Die Nockenwelle 2 führt also eine einzige vollständige Umdrehung innerhalb eines Viertaktzyklusses jedes Zylinders, synchron mit diesem, aus. Infolgedessen sind bei einem Vierzylindermotor die Betriebsstellungen der Kolben im Zylinder untereinander in der Phase um eine halbe Umdrehung der Kurbelwelle 1 versetzt (das heißt, um 180°), also um ein Viertel einer einzelnen Umdrehung der Nockenwelle 2 (das heißt, um 90°).

Ein Signalgenerator, der allgemein durch das Bezugszeichen S bezeichnet ist, umfaßt eine mit der Nockenwelle 2 verbundene umlaufende Welle 4 und eine umlaufende Scheibe 5, die an einem Ende der umlaufenden Welle 4 zur Erfassung der Bezugspositionen jedes Zylinders fest montiert ist. Die umlaufende Scheibe 4 besitzt eine Mehrzahl von ersten Fenstern (vier im dargestellten Beispiel) in Form von bogenförmigen, in die Scheibe eingearbeiteten Schlitzen 6, wobei die Schlitze auf einer Kreisbahn um die Achse der umlaufenden Welle 4 angeordnet sind und untereinander Mikrocomputer zum Empfangen des Ausgangssignals L des Fotokopplers sowie weiterer unterschiedlicher Signalarten auf, die für den Betriebszustand des Motors kennzeichnend sind und von verschiedenen Sensoren (nicht dargestellt), wie etwa dem Motorgeschwindigkeitssensor, dem Motorladungssensor, etc., erzeugt werden, so daß die Steuereinheit aufgrund dieser eingegebenen Signale verschiedene Motorsteuerungsoperationen durchführt, wie etwa die Kraftstoffsteuerung, die Zündsteuerung, etc . . Beispielsweise bestimmt die ZE 10 auf der Basis dieser Signale die Betriebsreihenfolge der Zylinder des Motors und steuert die Operationen derselben, wie etwa die Zündung des jeweiligen Zylinders, aufgrund der so festgelegten Betriebsreihenfolge.

Ein Leistungstransistor 11 in Form eines NPN-Transistors mit einem an Masse gelegten Emitter wird zu seinem Ein- und Ausschalten unter der Kontrolle der ZE 10 angesteuert. Eine Zündspule 12 besitzt eine an den Kollektor des Leistungstransistors 11 angeschlossene Primärwicklung sowie eine zweite Primärwicklung, die über eine Rückstromprüfdiode 14 an eine Zündkerze 13 angeschlossen ist. Der Leistungstransistor 11, die Zündspule 12, die Zündkerze 13 und die Diode 14 bilden insgesamt die Zündeinrichtung. Wenn auch für jeden Zylinder eine solche Zündeinrichtung vorgesehen ist, wird in Fig. 10 nur eine einzige solche Einrichtung exemplarisch dargestellt.

Ein Ionenstromdetektor, allgemein durch das Bezugszeichen 20 gekennzeichnet, ist mit einem Ende an die Zündkerze 13 und die ZE 10 angeschlossen. Der Ionenstromdetektor 20 weist folgende Komponenten auf: eine Rückstromprüfdiode 21, deren Kathode an den Verbindungspunkt zwischen der Diode 14 und der Zündkerze 13 angeschlossen ist; einen Ladewiderstand 22, dessen eines Ende an die Anode der Diode 21 angeschlossen ist; eine Gleichstromleistungsversorgung 23, die in Reihe an das andere Ende des Ladewiderstandes 22 angeschlossen ist; ein Paar von Spannungsteilerwiderständen 24, 25, die parallel an eine Reihenschaltung angeschlossen sind, die den Ladewiderstand 22 und die Gleichstromleistungsversorgung 23 umfaßt; einen Kondensator 26, der mit einem Ende an den Verbindungspunkt zwischen der Diode 21 und dem Ladetransistor 22 angeschlossen ist; einen Komparator 27, mit einer ersten negativen Eingangsklemme, die an den Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Widerständen 24, 25 angeschlossen ist; mit einer zweiten positiven Eingangsklemme; und mit einer an die ZE 10 angeschlossenen Ausgangsklemme; und ein Paar von Spannungsteilerwiderstanden 28, 29, die untereinander in Reihe zwischen eine Konstantleistungsquelle und Masse geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt zwischen ihnen an die zweite Eingangsklemme des Komparators 27 zur Versorgung mit einer konstanten Schwellenspannung TH angeschlossen ist. Die Spannungsteilerwiderstände 24, 25 bilden zusammen eine Spannungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Spannung V entsprechend dem Ionenstrom I. Weiter bilden die Spannungsteilerwiderstande 28, 29 zusammen eine Schwellwerterzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer konstanten Schwellenspannung, die als verbrennungsbestimmende Bezugsgröße an die zweite Eingangsklemme des Komparators 27 angeschlossen ist.

Nachfolgend wird der Betrieb der bekannten und wie oben beschrieben aufgebauten Fehlzündungserfassungsvorrichtung im einzelnen beschrieben. Wenn die Kurbelwelle 1 rotiert, wird die umlaufende Scheibe 5 mit Hilfe des Zeitgeberriemens 3, der Nockenwelle 2 und der umlaufenden Welle in Drehung versetzt. Beim Rotieren der umlaufenden Scheibe 5 erzeugt der auf den Stützplatten montierte Fotokoppler (nicht dargestellt) ein Ausgangssignal L, wenn die ersten Schlitze 6 und der nicht dargestellte zweite Schlitz zwischen der lichtaussendenden Diode und dem Fototransistor (nicht dargestellt) auf den einander gegenüberstehenden Stützplatten 8 durchlaufen. Das so erzeugte Signal L umfaßt ein Kurbelwinkelbezugssignal, das für vorbestimmte Kurbelpositionen jedes Zylinders kennzeichnend ist, sowie ein Zylinderidentifikationssignal zum Identifizieren eines speziellen Zylinders. Das Kurbelwinkelbezugssignal besteht aus einer Folge von Impulsen, von denen jeder mit der Vorderkante eines Schlitzes 6 entsprechend einer ersten Bezugskurbelposition (beispielsweise 75°) vor Erreichen des oberen Totpunktes (BTDC) des betreffenden Zylinders ansteigt und mit der Hinterkante des Schlitzes entsprechend einer zweiten Kurbelwinkelposition (beispielsweise 5° BTDC) des Zylinders abfällt. Beispielsweise stellt die erste Bezugskurbelposition eine Steuerbezugsmarkierung wie etwa einen Leistungsversorgungsstartzeitpunkt, dar, bei dem die Leistungszufuhr an die Zündspule 12 durch die ZE 10 eingeleitet wird, während die zweite Bezugskurbelwinkelposition eine weitere Steuerbezugsmarkierung darstellt, wie etwa den Zündzeitpunkt, in welchem die Leistungszufuhr zur Zündspule 12 abgeschaltet wird, um die Zündkerze 13 zur Erzeugung eines Funkens zu veranlassen. Das Zylinderidentifikationssignal weist einen auf den spezifischen Zylinder bezogenen Impuls auf, der beispielsweise im Zeitpunkt erzeugt wird, in dem ein auf den spezifischen Zylinder bezogener Impuls des Kurbelwinkelbezugssignals erzeugt wird. Das Signal L des Signalgenerators S wie auch die anderen, den Betriebszustand des Motors kennzeichnenden Signale des Motors, werden in die ZE 10 eingegeben. Beispiele für die anderen Signale sind das die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors kennzeichnende Motorumdrehungssignal und das die Motorladung bzw. die Drosselöffnung kennzeichnende Motorladungssignal.

Aufgrund des Signals L identifiziert die ZE 10 die Betriebsfolge bzw. -zustände der jeweiligen Zylinder und erzeugt und verteilt ein Zündsteuersignal an die Leistungstransistoren 11 für die entsprechenden Zylinder, und zwar in der passenden Zeitfolge entsprechend der wie erwähnt festgesetzten Betriebsreihenfolge. Dementsprechend wird einer der Leistungstransistoren 11 durch das von der ZE 10 gelieferte Zündsteuersignal eingeschaltet, so daß ein Strom von der Leistungsversorgung durch die Primärwicklung der Zündspule 11 und den nun leitenden Leistungstransistor 11 nach Masse zu fließen beginnt. Nach Liefern des Stromes an die Primärwicklung der Zündspule 12 während einer vorbestimmten Zeitdauer bricht die ZE 10 die Erzeugung des Zündsteuersignals ab und schaltet damit den Leistungstransistor 11 ab. Dadurch wird eine hohe Spannung an der Sekundärwicklung der Zündspule 12 erzeugt, die die Zündkerze 13 veranlaßt, einen Funken zu erzeugen. Unmittelbar nach der Entladung der Zündkerze 13 wird dann die an die Zündspule 12 durch die Leistungsversorgung angelegte Spannung, die negativ ist, unterbrochen.

Sofort nach der Entladung bzw. der Funkenbildung der Zündkerze 13, welche die explosionsartige Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemisches in der Nähe der Zündkerze 13 verursacht, wird eine große Anzahl positiver Ionen im umgrenzten Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze 13 erzeugt, die einen Ionenstrom I bilden. Der so durch die positiven Ionen erzeugte Ionenstrom I wird von der negativen Elektrode der Zündkerze 13 angezogen und fließt von dort über die Diode 21 und den Ladewiderstand 22 an die negative Elektrode der Gleichstromleistungsversorgung 23. Dadurch erzeugt der Ionenstrom I eine Spannung am Ladewiderstand 22, die durch die Spannungsteilerwiderstände 24 und 25 in eine Spannung V verändert und dann an die erste negative Eingangsklemme des Komparators 27 geliefert wird. Die in den Komparator 27 eingegebene Spannung V entspricht dem Ionenstrom I und ist diesem proportional. Das heißt, daß die Spannung V groß wird, wenn eine Explosion bzw. Verbrennung stattfindet, während sie bei Fehlen der Verbrennung niedrig wird. Andererseits wird die zweite positive Eingangsklemme des Komparators 27 an eine Schwellenspannung TH angelegt, die durch die Spannungsteilerwiderstände 28, 29 auf einen vorbestimmten konstanten Wert eingestellt wird. Demgemäß erzeugt der Komparator 27 ein niederpegeliges Ausgangssignal, wenn die Spannung V unter dem Schwellenwert TH liegt, während er ein hochpegeliges Ausgangssignal liefert, wenn die Spannung V dem Schwellenwert TH entspricht oder größer als dieser ist. Das bedeutet, daß der Komparator 27 ein EIN-Signal an die ZE 10 nur dann liefert, wenn er einen Ionenstrom I erfaßt.

Aufgrund der den so erfaßten Ionenstrom I kennzeichnenden Spannung V sowie der durch das Signal L identifizierten Betriebsreihenfolge bzw. -zustände der Zylinder bestimmt die ZE 10, ob in dem gezündeten Zylinder eine normale Verbrennung stattgefunden hat oder nicht.

Falls sich der gezündete Zylinder normal verhält oder falls aufgrund der Entladung bzw. Funkenbildung der entsprechenden Zündkerze 11 eine normale Verbrennung im zündenden Zylinder stattfindet, werden dadurch im begrenzten Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze 13 eine Anzahl positiver Ionen erzeugt. Falls es jedoch aus irgendeinem Grunde nicht zur Explosion bzw. Verbrennung kommt, werden im wesentlichen keine positiven Ionen erzeugt. Infolgedessen kann die ZE 10 den Verbrennungszustand bzw. die Fehlzündung im gezündeten Zylinder auf der Basis der Spannung V und der identifizierten Betriebsfolge bzw. -zustände der Zylinder feststellen.

In diesem Zusammenhang besteht jedoch eine Tendenz zur Entstehung von Störsignalen mit kurzer Impulsbreite, die sich dem Ionenstrom I beispielsweise insbesondere im Zündzeitpunkt überlagern, so daß der Pegel bzw. die Spannung V des Ionenstromes dadurch erhöht wird. Wenn also der Verbrennungszustand allein aufgrund des Ergebnisses des genannten Vergleichs bestimmt wird, besteht die Möglichkeit, daß der Komparator 27 ein Ausgangssignal C erzeugt, das einen Ionenstrom mit einem hohen Pegel anzeigt. In diesem Falle würde die ZE 10 entscheiden, daß im gezündeten Zylinder eine normale Verbrennung stattgefunden hat, trotz der Tatsache, daß tatsachlich keine Verbrennung erfolgt ist. Dies kann zu Notorschaden führen, wie oben erwähnt wurde.

Bei der oben beschriebenen bekannten Fehlzündungserfassungsvorrichtung, bei der entschieden wird, daß eine Verbrennung stattgefunden hat, wenn der Pegel V des Ionenstromes den Schwellenwert TH überschreitet, besteht ein Mangel darin, daß beim momentanen Auftreten von Störsignalen, die größer als der Schwellenwert TH sind, eine falsche Entscheidung trotz des Auftretens einer Fehlzündung getroffen wird. Darüber hinaus kann im Verlaufe vieler Zündperioden bzw. Arbeitstakte eine Fehlzündung manchmal zufällig erfolgen, ohne daß eine besondere Anormalität des Motorbetriebes vorliegt. Es ist daher nicht zweckmäßig, die Entscheidung über die Fehlzündung (das heißt über das anormale Verhalten des Motors) auf einen einzelnen Erfassungsvorgang oder auf einige wenige Fehlzündungen zu basieren, die zufällig auftreten können. Es ist also schwierig, jederzeit eine wirklich zuverlässige Entscheidung über das Vorliegen von Fehlzündungen in den Zylindern zu treffen.

Obwohl es ein allgemeine Maßnahme ist, die Kraftstoffzufuhr an einen Zylinder abzubrechen, bei dem eine Fehlzündung erkannt wurde und zwar ohne Berücksichtigung des Zustandes bzw. des Umfanges der Fehlzündungen, ist eine solche Maßnahme weiter nicht immer zur Behandlung von Fehlzündungen wirksam, da relativ leichten bzw. nicht schwerwiegenden Fehlzündungssituationen zwecks Herbeiführung einer normalen Verbrennung dadurch begegnet werden kann, daß andere geeignete Maßnahmen, wie etwa die Vergrößerung der Zündenergie und dergleichen getroffen werden.

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt demgemäß, die oben beschriebenen, bei der bekannten Fehlzündungserfassungsvorrichtung auftretenden Probleme zu überwinden.

Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das Fehlzündungen in einem Zylinder mit großer Zuverlässigkeit unbeeinflußt von Störsignalen mit hohem Pegel erfassen kann, die bei der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder erzeugt werden und spontan ein Ionenstromsignal überlagern.

Im Hinblick auf die vorgenannten Ziele wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor geschaffen, die folgende Komponenten aufweist:
Ionenstrom-Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Ionenstromes, der erzeugt wird, wenn sich eine Zündkerze eines Zylinders entlädt und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt;
Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung zur Erzeugung eines Stromkomponenten-Signals, das für den Pegel des von den Ionenstrom-Erfassungseinrichtung gelieferten Ausgangssignals kennzeichnend ist, wobei das Ausgangssignal während einer vorbestimmten Zeitdauer erzeugt wird, die mit dem Zeitpunkt der Entladung der Zündkerze beginnt; und
Fehlzündungs-Erfassungseinrichtung zum Vergleichen des Stromkomponenten-Signals mit einem vorgeschriebenen Schwellenwert, um zu entscheiden, ob im Zylinder eine Fehlzündung stattgefunden hat oder nicht.

Bei einer der möglichen Ausführungsformen weist die Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung einen Integrator zum Integrieren des Ausgangssignals der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung auf.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung einen Spitzenwert-Halteschaltkreis zum Festhalten des Spitzenpegels des Ausgangssignals der Ionenstrom-Erfassungsvorrichtung sowie zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals auf.

Vorzugsweise ist ein Tiefpaßfilter zwischen dem Spitzenwert-Halteschaltkreis und der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung zum Abfiltern der in das Tiefpaßfilter eintretenden Hochfrequenzstörsignalkomponente vorgesehen.

Vorzugsweise weist die Fehlzündungserfassungsvorrichtung folgende Komponenten auf:
Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung zum Feststellen der Betriebszustände des Motors und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Schwellenwertrechner zum Berechnen des Schwellenwertes auf der Basis des Ausgangssignals, das von der Motorbetriebs zustands-Bestimmungseinrichtung geliefert wird;
einen Komparator zum Vergleichen des von der Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung gelieferten Stromkomponenten-Signals mit dem Schwellenwert und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn das Stromkomponenten-Signal größer als der Schwellenwert ist; und
ein Fehlzündungsbestimmungsmittel zur Entscheidung darüber, ob aufgrund des Ausgangssignals des Komparators im Zylinder eine Fehlzündung stattgefunden hat oder nicht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen in einem Verbrennungsmotor geschaffen, das folgende Schritte aufweist:
Erzeugen eines Fehlzündungen im Zylinder kennzeichnenden Fehlzündungssignals;
Vergleichen des Fehlzündungssignals mit einem Schwellenwert, um festzustellen, ob das Fehlzündungssignal dem Schwellenwert entspricht oder kleiner als dieser ist;
Inkrementieren eines Fehlzündungszählers, wenn das Fehlzündungssignal dem Schwellenwert entspricht oder kleiner ist;
Rückstellen des Fehlzündungszählers, wenn das Fehlzündungssignal größer als der Schwellenwert ist; und
Entscheiden, daß im Zylinder Fehlzündungen stattfinden, wenn der Fehlzündungszähler einen vorbestimmten Stand erreicht.

Die oben genannten, sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.

Nachfolgend wird der wesentliche Inhalt der Zeichnungen kurz beschrieben.

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des schematischen Aufbaus einer Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 stellt ein Diagramm der Wellenformen der Signale an verschiedenen Stellen der Fehlzündungserfassungsvorrichtung nach Fig. 1 dar;

Fig. 3 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 dar;

Fig. 4 stellt ein der Fig. 2 vergleichbares Diagramm dar, das die Wellenformen der Signale bei einer modifizierten Ausführungsform der Fehlzündungserfassungsvorrichtung der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 5 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Fehlzündungsbestimmung gemäß der Erfindung dar;

Fig. 6 stellt ein Erläuterungsdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise eines Fehlzündungszählers dar, wie er bei der Fehlzündungsbestimmung der Fig. 5 verwendet wird;

Fig. 7 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Berechnungsroutine zum Berechnen eines Fehlzündungsbestimmungsbezugswertes dar, wie er bei der Fehlzündungsbestimmung der Fig. 5 und 6 verwendet wird;

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, welches eine Berechnungsroutine zum Berechnen eines Fehlzündungsbestimmungs-Referenzwertes darstellt, wie er bei der Fehlzündungsbestimmung der Fig. 5 und 7 verwendet wird;

Fig. 9 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Fehlzündungsbestimmung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dar; und

Fig. 10 stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer bekannten Fehlzündungserfassungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren dar.

In Fig. 1 ist eine Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Figur kennzeichnen die Bezugszeichen 101 bis 106 sowie 108 und 111 bis 114 einschließlich des Bezugszeichens S, die gleichen Elemente wie die durch die Bezugszeichen 1 bis 6, 8 und 11 bis 14 sowie das Bezugszeichen S in Fig. 10 jeweils bezeichneten Elemente.

Die in Fig. 1 dargestellte Fehlzündungserfassungsvorrichtung ist wie folgt aufgebaut. Ein Ionenstromerfassungsmittel 120 erfaßt einen Ionenstrom I, der zwischen den Elektroden einer Zündkerze 113 erzeugt wird, die über eine Diode 114 mit der Sekundärwicklung einer Zündspule 112 verbunden ist, wenn die Leistungszufuhr zur Primärwicklung der Zündspule 112 abgeschaltet wird. Die Ionenstromerfassungsmittel 120 weisen folgende Komponenten auf:
Eine Rückstromprüfdiode 121, die mit der Anode an einen Verbindungspunkt zwischen der Diode 114 und die Zündkerze 113 angeschlossen ist; einen Widerstand 122, der mit einem Ende an die Kathode der Rückstromprüfdiode 121 zur Umwandlung des Ionenstromes I in eine entsprechende Spannung angeschlossen ist; und eine Gleichstromleistungsversorgung 123, die an das andere Ende des Widerstandes 122 angeschlossen ist. Die Ionenstromerfassungsmittel 120 erzeugen also ein Ionenstromsignal E in Form einer Spannung, die dem Ionenstrom I an den entgegengesetzten Enden des Widerstandes 122 entspricht.

Die Stromkomponentenerfassungsmittel 130 in Gestalt eines Integrators empfangen das von den Ionenstromerfassungsmitteln 120 gelieferte Ionenstromsignal E, um es solange zu integrieren, bis der Integrator ein Rückstellsignal R von der elektronischen Steuereinheit (ZE) 140 erhält, die später im einzelnen beschrieben wird. Der Integrator 130 wird durch ein von der ZE 140 geliefertes Rückstellsignal R zurückgesetzt, so daß das vom Integrator 130 gelieferte analoge Ausgangssignal, in Form eines Stromkomponentensignals solange klein wird, wie das Rückstellsignal R groß ist; vgl. Fig. 2.

Die ZE 140 weist folgende Komponenten auf: einen A/D-Umsetzer 141, der an den Ausgang der Stromkomponentenerfassungsmittel 130 zum Umsetzen des von ihnen ausgesandten Ausgangssignals F, das dem Pegel des Ionenstromsignals E entspricht aus der Analogform in die Digitalform; eine Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142, die so geschaltet ist, daß sie das vom Signalgenerator S ausgegebene und DIE vorgeschriebene Kurbelposition der Zylinder des Motors kennzeichnende Ausgangssignal L sowie ein Ausgangssignal D eines Motorzustandserfassungsmittels (nicht dargestellt) empfängt, das den Motorbetriebszustand anzeigt, wobei die Einrichtung 142 ein für den erfaßten Motorbetriebszustand kennzeichnendes Ausgangssignal G erzeugt; einen Schwellenwertrechner 143 zum Berechnen eines Schwellenwertes TH auf der Basis des von der Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 gelieferten Motorbetriebszustands-Bestimmungssignals G; einen Komparator 144 zur Durchführung eines Vergleichs zwischen dem analog/digital umgesetzten Stromkomponentensignals F und dem Schwellenwert TH, um ein Ausgangssignal H zu liefern, falls F TH ist; und eine Fehlzündungsbestimmungseinrichtung 145 zur Entscheidung darüber, ob, basierend auf dem vom Komparator 144 gelieferten Ausgangssignal H, Fehlzündungen in einem Zylinder auftreten, und weiter zur Erzeugung eines Fehlzündungssignals M, falls entschieden wird, daß im Zylinder Fehlzündungen auftreten; und einen Regler 146 zur Steuerung des Motorbetriebes, wie etwa der Zündzeitgabe, der Zündenergie, der Kraftstoffeinspritzung, und dergleichen, auf der Basis des Fehlzündungssignals M.

Die Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 erzeugt ein Taktsignal T synchron mit der ansteigenden Flanke eines Impulses des Ausgangssignals L des Signalgenerators S, das für einen vorgeschriebenen Kurbelwinkel (beispielsweise 75° vor Erreichen des oberen Totpunktes) des entsprechenden Zylinders kennzeichnend ist, wobei das Taktsignal an den A/D-Umsetzer 141 geliefert wird, so daß ein von den Stromkomponentenerfassungsmitteln 130 geliefertes Stromkomponentensignal F periodisch in einer vorgeschriebenen Zeitfolge in den A/D-Umsetzer 141 eingegeben wird, das heißt, nach Empfang des von der Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 gelieferten Taktsignals T. Die Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 erzeugt weiter ein an die Stromkomponentenerfassungsmittel 130 geliefertes Rückstellsignal R, um das Stromkomponentensignal F unmittelbar nach dem Eingeben des Signals F in den A/D-Umsetzer 141 rückzustellen. Wie in Fig. 2 dargestellt, besitzt das Rückstellsignal R die Form eines Rechteckimpulses mit einer Impulsbreite entsprechend dem Störsignalbereich des Ionenstromsignals E, in welchem das Störsignal am ehesten erzeugt wird, wobei diese Maßnahme den Zweck hat, die Wirkungen der Störsignale zugunsten der verbesserten Zuverlässigkeit des Stromkomponentensignals F zu beseitigen. Weiter erzeugt die Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 ein Motorbetriebszustandssignal G auf der Basis eines Motorzustandssignals D, das von nicht dargestellten Motorzustandserfassungsmitteln geliefert und kennzeichnend für den Betriebszustand des Motors ist, wie etwa für die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors, die Motorladung, die Motorkühlmitteltemperatur, die Ansauglufttemperatur, die in jedem Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge, etc. Auf der Basis des Motorbetriebszustandssignals G, das von der Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 aufgrund der Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors und der Motorladung erzeugt wird, berechnet als Beispiel der Schwellenwertrechner 142 zunächst einen Schwellenwert TH unter Betrachtung einer Schwellenwerttabelle, die zuvor in einem passenden Schaltungsteil, wie etwa einem ROM (nicht dargestellt) der ZE 140 erstellt und gespeichert wurde. Der Rechner modifiziert dann den Schwellenwert auf der Basis der Kraftstoffeinspritzmenge, die auch als ein Signal D an die Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 geliefert wird. Je größer in diesem Falle die Kraftstoffeinspritzmenge ist, umso höher steigt der Pegel des Ionenstromes I, so daß der Schwellenwert TH in der Weise verändert wird, daß er entsprechend der wachsenden Kraftstoffeinspritzmenge zunimmt.

In dieser Hinsicht ist es auch möglich, obwohl nicht dargestellt, den Schwellenwert TH auf der Basis des Motorbetriebszustandsbestimmungssignals G und des Stromkomponentensignals F ohne Benutzung einer Schwellenwerttabelle einzustellen. In einem solchen Falle kann der Schwellenwert TH aufgrund des Stromkomponentensignals F wie folgt berechnet werden:

TH = F × J;

dabei ist J ein Änderungskoeffizient, der aufgrund des Motorbetriebszustandssignals G bestimmt wurde. Der so berechnete Schwellenwert TH kann gemittelt werden, um einen mittleren Schwellenwert THn unter Benutzung der nachstehenden Formel zu liefern:

TH_n = k₁ × TH_n-1 + k₂ × F_n + K;

darin ist: TH_n-1 der letzte oder der allerneueste gemittelte Schwellenwert; K einen Änderungsterm, der durch den Motorbetriebszustand bestimmt ist; und k₁ sowie k₂ jeweils ein mittelwertsbildender Koeffizient, der der folgenden Beziehung genügt:

1 < k₁ < k₂ < 0.

Nunmehr wird die Betriebsweise der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung im einzelnen unter besonderer Bezugnahme auf das Wellenformdiagramm der Fig. 2 und auf das Flußdiagramm der Fig. 3 beschrieben.

Aufgrund des vom Signalgenerator S gelieferten Signals L, das eine Folge von Rechteckimpulsen aufweist, von denen jeder der vorgeschriebenen Kurbelpositionen eines zugehörigen Zylinders entspricht, schaltet der Regler 146 die Stromzufuhr an die Basis des Transistors 111 ab, um die Zündkerze 112 zu veranlassen, im vorgeschriebenen Zeitpunkt eine Entladung auszulösen. Sofort nach der Entladung entsteht im Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze 113 ein Ionenstrom I, der zur Ionenstromerfassungseinrichtung 120 fließt, wo er über den Widerstand 122 in eine entsprechende Spannung E umgesetzt wird. Die am Widerstand 122 liegende Spannung E wird in die Stromkomponentenerfassungsmittel 130 eingegeben und dort integriert, um ein Stromkomponentensignals F entsprechend dem Pegel bzw. der Größe des erzeugten Ionenstromes I zu liefern, wie Fig. 2 zeigt.

Als erstes erzeugt die Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 der ZE 140 bei der ansteigenden Flanke eines Impulses des Signals L ein Taktsignal T (beispielsweise bei 75° BTDC), das an den A/D-Umsetzer 141 angelegt wird, wo das Stromkomponentensignal F in vorgeschriebenen, durch das Taktsignal T bestimmten Zeitpunkten aus der Analogform in die Digitalform umgesetzt wird. Sofort nach dem Eingeben des Stromkomponentensignals F in den A/D-Umsetzer 141 (das heißt, unmittelbar 75° nach dem BTDC), erzeugt die Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 ein Rückstellsignal R an die Stromkomponentenerfassungsmittel 130, um das Stromkomponentensignal F rückzusetzen. Das Rückstellsignal R enthält einen Rechteckimpuls dessen Impulsbreite einer vorbestimmten Zeitperiode entspricht, während der das Stromkomponentensignal F maskiert wird. Das Rückstellsignal R endet unmittelbar nach Stattfinden der folgenden Zündung, so daß das Stromkomponentensignals F erneut in einem Zeitpunkt zu steigen beginnt, ehe noch Signal L abfällt, das heißt, bei 5° BTDC. Somit wird das Stromkomponentensignal F wirksam daran gehindert, während einer vorbestimmten Zeit unmittelbar vor dem Auftreten der Zündung von einem Störsignal überlagert zu werden. Dies stellt sicher, daß ein exaktes Ionenstromsignal F ohne Einschluß eines Störsignals in den A/D-Umsetzer 141 eingegeben wird.

Das so analog-digital-umgesetzte Stromkomponentensignal F kann mit einem Schwellenwert TH von vorbestimmter konstanter Größe verglichen werden. Es ist aber wünschenswert, das Signal mit einem veränderlichen Schwellenwert TH zu vergleichen, der sich in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors verändert, da der Pegel des Ionenstromes I fluktuiert oder sich entsprechend dem Motorbetriebszustand ändert.

Zu diesem Zweck erfaßt in Schritt S2 die Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 auf der Basis des Signals L und des Motorbetriebszustandssignals D den Betriebszustand des Motors und liefert ein entsprechendes Ausgangssignal G.

Anschließend berechnet in Schritt S3 die Schwellenwertberechnungseinrichtung 143 einen Schwellenwert TH auf der Basis des Motorbetriebszustandssignals G. In diesem Zusammenhang wird, falls beispielsweise die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors zu groß oder die Motorladung zu hoch ist, der Schwellenwert TH auf einen größeren Wert eingestellt, da in solchen Fällen der Pegel des Ionenstromes I höher ansteigt.

Anschließend führt in Schritt S4 der Komparator 144 einen Vergleich zwischen dem analog/digital umgesetzten Stromkomponentensignal F und dem Schwellenwert TH durch. Falls F TH ist, gibt der Komparator ein Fehlzündungserfassungsignal H aus, woraufhin in Schritt S5 die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung 145 bestimmt, daß in einem Zylinder eine Fehlzündung vorliegt, woraufhin eine Fehlzündungsmarke gesetzt wird. Im Gegensatz dazu bestimmt in Schritt S6 im Falle, daß F < TH ist, die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung 145, daß im Zylinder keine Fehlzündung vorliegt und setzt für den Zylinder die Fehlzündungsmarke zurück. Nach Schritt S5 oder S6 erfolgt ein Rücksprung. Es werden also die Schritte S1 bis S6 in passenden Zeitpunkten für jeden Impuls des Signals L wiederholt, so daß bei der Fehlzündung eines Zylinders der betreffende Zylinder sofort erfaßt werden kann.

Nach Empfang des vom Komparator 144 gelieferten Fehlzündungssignals H entscheidet die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung 145, daß es in einem Zylinder eine Fehlzündung gibt und erzeugt ein Fehlzündungssignals M an den Regler 146, der die erforderliche Maßnahme zur Verhinderung oder Behebung der Fehlzündung trifft.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß selbst wenn ein Störimpuls dem Ionenstromsignal E überlagert ist und den Spitzenpegel des Signals verändert, das Stromkomponentensignal F, bei dem es sich um eine integrierte Form des Ionenstromsignals E handelt, nicht wesentlich beeinträchtigt wird, also einen stabilen Wert annimmt. Dies dient zur Verhinderung einer falschen Erfassung des Verbrennungszustandes jedes Zylinders und ermöglicht eine exakte Fehlzündungserfassung mit einem jederzeit hohen Grad an Zuverlässigkeit.

Obwohl bei der obigen Ausführungsform der Erfindung die Stromkomponentenerfassungseinrichtung 130 die Form eines Integrators besitzt, kann beispielsweise auch ein Spitzenhaltekreis verwendet werden. In diesem Falle erzeugt der Spitzenhaltekreis ein Stromkomponentensignal F mit einer die Spitze haltenden Wellenform, wie Fig. 4 zeigt, wobei das Signal in den A/D-Umsetzer 141 eingegeben wird, und zwar in vorgeschriebenen Zeitpunkten, die durch das von der Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung 142 gelieferte Taktsignal T bestimmt werden. Darüber hinaus kann an der Eingangsseite der Stromkomponentenerfassungseinrichtung 130 ein Tiefpaßfilter vorgesehen werden, um den Einfluß von Störimpulsen hoher Frequenz, die sich dem Stromkomponentensignal F überlagern, zu beseitigen.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen eine Fehlzündungserfassung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Erfassung wird mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Fehlzündungserfassungsvorrichtung durchgeführt.

Zu diesem Zweck weist die Fehlzündungserfassungseinrichtung 145 einen Fehlzündungszähler zum Zählen der Fehlzündungserfassungsausgabe H des Komparators 144 auf. Zuerst wird der Fehlzündungszähler auf Null rückgesetzt bzw. gelöscht und eine Fehlzündungsmarke wird ebenfalls rückgesetzt. Dann wird im voraus eine vorbestimmte, für die Fehlzündungserfassung benutzt Bezugsanzahl N bzw. ein entsprechender Bezugsanzahl voreingestellt und in der Fehlzündungserfassungseinrichtung 145 gespeichert.

Zunächst bezugnehmend auf Fig. 5 wird in Schritt S101 ein Fehlzündungsinformationsträger, wie etwa der Ionenstrom I, der durch die Ionenstromerfassungsmittel 120 in eine entsprechende Spannung E umgesetzt und dann durch die Stromkomponentenerfassungseinrichtung 130 integriert bzw. spitzenmäßig gehalten wird, wie weiter oben unter Bezugnahme auf das Fehlzündungserfassungsgerät der Fig. erwähnt wurde, als Fehlzündungsinformation in Form eines Stromkomponentensignals F in den A/D-Umsetzer 141 der ZE 140 eingegeben, und zwar in vorbestimmten Zeitpunkten, die durch das vom Signalgenerator S gelieferte Signal L bestimmt werden.

In Schritt S102 wird die so analog/digital umgesetzte Fehlzündungsinformation F in den Komparator 144 eingegeben, wo sie mit dem Schwellenwert TH verglichen wird, der in gleicher Weise bestimmt wurde, wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Falls F TH ist, inkrementiert in Schritt S103 die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung 145 den nicht dargestellten Fehlzündungszähler um 1, und dann wird in Schritt S104 entschieden, ob die durch den Fehlzündungszähler gezählte Anzahl CNT der vorbestimmten Anzahl N entspricht oder größer ist.

Falls CNT < N ist, setzt in Schritt S105 die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung 145 die Fehlzündungsmarke zurück, während wenn CNT N ist, wird in Schritt S106 die Fehlzündungsmarke gesetzt und die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung 145 entscheidet, daß im Zylinder eine Fehlzündung vorliegt. Danach erfolgt ein Rücksprung, so daß die Schritte S101 bis S105 nach jeder Zündung in geeigneten, durch das Signal L bestimmten Zeitpunkten wiederholt werden.

Auf diese Weise liefert der Fehlzündungszähler eine Angabe über die Anzahl der erfaßten aufeinanderfolgenden Fehlzündungen, wie aus Fig. 6 hervorgeht. Die Figur zeigt deutlich, daß wenn die Anzahl aufeinanderfolgender Fehlzündungen die vorbestimmte Anzahl N erreicht, die Fehlzündungsmarke gesetzt wird, um auf die anormale Fehlzündungssituation aufmerksam zu machen.

Es ist wünschenswert, daß der im Fehlzündungserfassungsschritt S102 benutzte Schwellenwert TH entsprechend der Fehlzündungsinformation oder dem Betriebszustand des Motors geändert wird. Der Grund liegt darin, daß wenn beispielsweise die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors oder die Motorladung hoch ist, der Pegel der Fehlzündungsinformation größer wird, so daß ein höherer Schwellenwert TH für die zuverlässige Fehlzündungsbestimmung erforderlich ist.

Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung das Ergebnis der Fehlzündungserfassungen statistisch in der Weise verarbeitet wird, daß die Entscheidung über das Vorliegen einer Fehlzündung dann getroffen wird, wenn die Anzahl der aufeinanderfolgenden Fehlzündungen den vorbestimmten Wert N erreicht, kann eine Fehlzündungsentscheidung auch dann getroffen werden, wenn die Fehlzündungsrate innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von Fehlzündungen gleich oder größer wird als ein vorgeschriebener Bezugswert.

Fig. 7 veranschaulicht eine andere Fehlzündungserfassung gemäß der Erfindung unter Verwendung der erwähnten Fehlzündungsrate. In dieser Figur entsprechen die Schritte S201 bis S203 und S205 bis S207 jeweils den Schritten S101 bis S103 und S105 bis S107 der Fig. 5.

Gemäß Fig. 7 weist die ZE 140 einen ersten Zähler in Form eines Zündungszählers CNT1 zum Zählen der Anzahl der Zündungen sowie einen zweiten Zähler in Form eines Fehlzündungszählers CNT zum Zählen der Anzahl der Fehlzündungen auf. Als erstes werden der Zündungszähler CNT1 und der Fehlzündungszähler CNT geräumt, und es wird sowohl eine Fehlzündungsmarke, als auch eine Zählstartmarke XFC rückgesetzt. Eine vorbestimmte Zahl N1, die zur Bestimmung der Zeit verwendet wird, wenn die Fehlzündungsrate berechnet wird, wird im voraus in der ZE 140 voreingestellt und gespeichert.

Als erstes wird in Schritt S201 die Fehlzündungsinformation F erfaßt und in den A/D-Umsetzer 141 entsprechend Schritt S101 der Fig. 5 eingegeben, und dann wird in Schritt S211 der Zündungszähler CNT1 um 1 erhöht. Danach wird in Schritt S202 die analog/digital umgesetzte Fehlzündungsinformation F in den Komparator 144 zum Vergleichen mit dem Schwellenwert TH eingegeben. Falls F TH ist; wird in Schritt S212 aufgrund der Zählstartmarke XFC entschieden, ob der Fehlzündungszähler CNT mit dem Zählen begonnen hat, das heißt, XFC = 1.

Falls der Fehlzündungszähler CNT bereits mit dem Zählen begonnen hat, (das heißt, XFC gleich 1), wird in Schritt S203 der Fehlzündungszähler CNT um 1 erhöht. Falls jedoch der Fehlzündungszähler CNT noch nicht mit dem Zählen begonnen hat (das heißt, XFC ≠ 1), wird im Schritt S213 die Zählstartmarkte auf "1" gesetzt und der Zündungszähler CNT1 sowie der Fehlzündungszähler CNT werden beide auf "1" gesetzt und zum Inkrementieren oder Zählen gestartet.

Anschließend wird in Schritt S214 entschieden, ob der Zündungszähler CNT1 den vorgeschriebenen Wert N1 erreicht hat oder nicht. Andererseits springt das Programm direkt nach Schritt S214, falls in Schritt S202 bestimmt wird, daß F < TH ist. Falls in Schritt S214 entschieden wird, daß der Zündungszähler CNT1 noch nicht den vorbestimmten Wert N1 erreicht hat (das heißt, CNT1 < N1), kehrt das Programm sofort nach Schritt S201 zurück. Falls jedoch in Schritt S214 die Zählung CNT1 N1 ist, geht das Programm nach Schritt S215 über, in welchem bestimmt wird, ob die Zählstartmarke XFC gesetzt ist. Falls die Antwort "JA" lautet, wird in Schritt S216 die Fehlzündungsrate Q (das heißt, die Anzahl der durch den Fehlzündungszähler gezählte Anzahl der Fehlzündungen CNT zur vorbestimmten Anzahl der Zündungen N1) unter Verwendung folgender Formel berechnet:

Q = CNT / N1.

Dann wird in Schritt S217 die Zählstartmarke XFC und der Fehlzündungszähler CNT rückgesetzt.

Anschließend wird im Schritt S218 die so berechnete Fehlzündungsrate Q mit einem Bezugswert α verglichen. Falls Q < α ist, wird in Schritt S205 die Fehlzündungsmarke rückgesetzt, während wenn Q α ist, geht das Programm nach Schritt S206 über, in welchem die Fehlzündungsmarke gesetzt wird, woraufhin ein Rücksprung erfolgt.

Andererseits wird in Schritt S207 der Fehlzündungszähler CNT1 rückgesetzt und dann ein Rücksprung ausgeführt, falls in Schritt S215 entschieden wird, daß die Zählstartmarke XFC noch nicht gesetzt worden ist.

Auf diese Weise wird entschieden, daß eine Fehlzündung vorliegt, falls die Anzahl der Fehlzündungserfassungen CNT innerhalb der vorbestimmten Anzahl von Zündungen N1 liegt bzw. die Rate der Fehlzündungen Q größer als der Bezugswert α ist.

Da bei der erstmaligen Erfassung einer Fehlzündung die Zählstartmarke XFC gesetzt wird und die Zähler CNT1 und CNT in Schritt S213 zum Zählen in Gang gesetzt werden, ist es nicht möglich, daß die Fehlzündungsrate Q unnötigerweise zu einer Zeit berechnet wird, in der es keine Fehlzündungen gibt. Das Beginnen der Aufwärtszählung der Zähler CNT1 und CNT nach der ersten Erfassung einer Fehlzündung dient dazu, die Fehlzündungsrate Q zu erhöhen, womit man hinsichtlich der Fehlzündungsbestimmung auf der sicheren Seite liegt.

Obwohl bei der oben beschriebenen Fehlzündungserfassung gemäß den Fig. 5 und 7 die vorgeschriebenen Zählungen N, N1 sowie der für die Fehlzündungsbestimmung benutzte Wert α konstant sind, können sie in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors, variiert oder abgeändert werden.

Fig. 8 veranschaulicht eine Routine zur Berechnung der obigen Bezugswerte N, N1 sowie des für die Fehlzündungsbestimmung benutzten Wertes α, wobei diese Routine vorzugsweise vor Durchführung der Fehlzündungserfassung der Fig. 5 oder der Fig. 7 abgearbeitet wird.

Zuerst werden in den Schritten S301 bis S303 jeweils die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors, die Motorladung und die in jeden Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge berechnet. Dann werden in Schritt S304 die vorbestimmten Zählwerte N, Nl sowie der Bezugswert α wie folgt berechnet:

N ← N × K_N
N1 ← N1 × K_N1
α ← α × K

wobei K_N, K_N1 und K Modifikationskoeffizienten darstellen, die entsprechend der Motorbetriebsbedingung festgelegt sind. In dieser Hinsicht können für die Bestimmung der Motorbetriebsbedingung die Temperatur eines Motorkühlmittels, die Temperatur der Ansaugluft, und dergleichen, zusätzlich zu oder anstelle der oben aufgeführten Faktoren erfaßt werden.

Weiter kann die Abänderung der Fehlzündungsbestimmungsbezugswerte N, N1 und α in der oben angegebenen Weise die Genauigkeit der Fehlzündungsbestimmung weiter verbessern. Wenn beispielsweise der Fahrer das Beschleunigungspedal des Fahrzeuges während der Fahrt bei hohen Geschwindigkeiten losläßt, wird die jedem Zylinder zugeführte Kraftstoffmenge verringert oder unterbunden, was zu einer andauernden Fehlzündungssituation führt. In diesem Falle werden jedoch die Fehlzündungsbestimmungsbezugswerte N, N1 sowie der Bezugswert α auf der Basis der von verschiedenen und für den Motorbetriebszustand kennzeichnenden Sensoren gelieferten Signale auf größere Werte eingestellt, so daß die Möglichkeit einer falschen Entscheidung über eine anormale Fehlzündungssituation in einem erheblichen Umfang verringert werden kann.

Fig. 9 veranschaulicht eine Steueroptimierung zur Vermeidung oder Bekämpfung einer Fehlzündungssituation durch Verwendung der Fehlzündungsrate, wie sie bei der Fehlzündungserfassung der Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet wird. Diese Optierung wird mit Hilfe der Fehlzündungserfassungsvorrichtung der Fig. 1 durchgeführt.

Hierbei stellt sich die Fehlzündungsinformation in Gestalt eines Ionenstromes I dar, der durch die Ionenstromerfassungsmittel 120 in eine Spannung E umgesetzt wird und durch die Stromkomponentenerfassungsmittel 130 integriert bzw. spitzenmäßig, zur Lieferung eines Stromkomponentensignals F, gehalten wird, wie Fig. 1 zeigt. Die Fehlzündungsinformation F wird im wesentlichen in der gleichen Weise behandelt wie im Falle der Fehlzündungserfassung der Fig. 7, um die Fehlzündungsrate Q wie bei Schritt S216 zu liefern. Entsprechend der Steueroptimierung wird die so erhaltene Fehlzündungsrate Q in der in Fig. 9 dargestellten Weise weiterverarbeitet.

Im einzelnen wird zunächst in Schritt S301 die Fehlzündungsrate Q wie bei der Fehlzündungserfassung der Fig. 7 berechnet. Dann wird in Schritt S202 die Fehlzündungsrate Q mit einem ersten Bezugswert α1 verglichen. Falls Q α1 ist, wird in Schritt S303 die Fehlzündungsrate weiter mit einem zweiten Bezugswert α2 verglichen, der größer als der erste Bezugswert 1 ist. Falls Q α2 ist, wird bestimmt, daß in einem Zylinder eine anormale oder ernste Fehlzündungssituation vorliegt, so daß in Schritt S304 die Kraftstoffzufuhr zu dem von der Fehlzündung betroffenen Zylinder abgebrochen wird. Danach erfolgt ein Rücksprung.

Andererseits wird im Falle, daß α2 < Q α1 ist, wird in Schritt S305 eine Steueroptimierungsmarke für den betreffenden Zylinder mit Fehlzündung eingestellt. Anschließend wird in Schritt S307 bestimmt, ob die Steueroptimierungsmarke gesetzt worden ist oder nicht. Falls die Antwort "JA" lautet, wird die Steueroptimierung zur Verhinderung oder Bekämpfung der Fehlzündungssituation durchgeführt. Das heißt, daß in Schritt S308 die Zündenergie der Zündkerze 113 der Fig. 1 passend erhöht wird, beispielsweise durch Steigern der Leistungszufuhr an die Zündspule 112 oder durch Ausführen einer kontinuierlichen Zündung. Dann wird in Schritt S309 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der an den von der Fehlzündung betroffenen Zylinder gelieferten Mischung auf einen Wert von etwa 14.7 Gew.% optimiert. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß für die Optimierung der Steuerung einer der Schritte S308 und S309 ausgelassen werden kann. Mit Hilfe mindestens einer dieser Maßnahmen kann ein leichtes bzw. nicht sonderlich ernstes Fehlzünden bekämpft werden, um wieder eine normale Verbrennung im Zylinder herbeizuführen.

Weiter wird in Schritt S392, falls die Fehlzündungsrate Q kleiner als der erste Bezugswert α1 (Q < α1) ist, die erfaßte Fehlzündung als in einem zulässigen Bereich befindlich eingestuft (das heißt, leichtes oder normales Fehlzünden). In diesem Falle wird also davon ausgegangen, daß eine normale Verbrennung in dem von der Fehlzündung betroffenen Zylinder vorliegt. Daher wird in Schritt S306 die Steueroptimierungsmarke rückgesetzt, woraufhin das Verfahren nach Schritt S307 übergeht. Falls in Schritt S307 entschieden wird, daß keine Steueroptimierungsmarke gesetzt worden ist, wird ein Rücksprung durchgeführt.

Zusätzlich wird im Falle, daß im Schritt S302 Q < α1 war, kann eine Fehlzündungsmarke für den fehlerhaft zündenden Zylinder rückgesetzt werden, während wenn Q < α2 war, die Fehlzündungsmarke gesetzt werden kann. Wenn also die Fehlzündungsmarke gesetzt wird, kann das System bezüglich der Warnung auf eine anormale oder ernsthafte Fehlzündungssituation hinweisen.

Obwohl in der obigen Beschreibung der erste und der zweite Bezugswert α1, α2 als vorbestimmte Konstantwerte angegeben werden, können sie entsprechend dem Motorbetriebszustand modifiziert werden.

Weiter wird bei der oben beschriebenen Steueroptimierung der Fig. 9 die Fehlzündungsrate Q mit dem ersten und dem zweiten Bezugswert α1, α2 zur Bestimmung des Ausmaßes oder des Niveaus der Fehlzündung verglichen; jedoch kann auch die Anzahl der aufeinanderfolgenden Fehlzündungen für den gleichen Zweck herangezogen werden. In diesem Falle zählt der wie bei der Fehlzündungserfassung nach Fig. 7 genutzte Zähler die aufeinanderfolgenden Fehlzündungen. Wenn die Anzahl der aufeinanderfolgenden Fehlzündungen einen Bezugswert erreicht, wird entschieden, daß eine anormale Fehlzündungssituation vorliegt, wie im Falle der Fehlzündungserfassung der Fig. 5. Im einzelnen wird eine erste Bezugsanzahl N2 und eine zweite Bezugsanzahl N3, die größer als die erste ist, voreingestellt. Wenn dann die Anzahl der aufeinanderfolgenden Fehlzündungen den zweiten Bezugswert N3 erreicht, wird die Kraftstoffzufuhr zu dem von der Fehlzündung betroffenen Zylinder unterbunden, während wenn die Anzahl der aufeinanderfolgenden Fehlzündungen kleiner als N3, jedoch gleich oder größer als N2 ist, die Steueroptimierungsverfahren der Fig. 9 durchgeführt wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor, dessen Zündsystem eine Zündkerze aufweist, mit

- einer Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (120), die mit dem Anschluß der Zündkerze (113), dem die Zündspannung zugeführt wird, verbunden ist und die ein einem während des Zündvorgangs eines Zylinders auftretenden Ionenstrom entsprechendes Ausgangssignal (E) erzeugt,
- einer Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung (130), an die das Ausgangssignal (E) der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung angelegt ist, und die durch Erfassung der jeweiligen Größe des Ausgangssignals (E) über dessen Verlauf vom Beginn des Verbrennungsvorgangs des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder, bis zu einem Zeitpunkt vor Auslösung des nächsten Zündfunkens in der Zündkerze, ein Stromkomponenten-Signal (F) erzeugt,
- einer mit der Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung (130) verbundenen Fehlzündungs-Erfassungseinrichtung (140)
- mit einem Komparator (144) zum Vergleichen des Stromkomponenten-Signals (F) mit einem Schwellwert (TH) und zum Erzeugen eines Komparator-Ausgangssignals (H), wenn das Stromkomponenten-Signal (F) nicht größer ist als der Schwellwert (TH), und
- mit einer mit dem Komparator (144) verbundenen, mit dem Komparator-Ausgangssignal (H) beaufschlagten Fehlzündungs-Bestimmungseinrichtung (145), die einen Fehlzündungszähler umfaßt, dessen Zählerstand erhöht wird, wenn das Stromkomponenten-Signal (F) kleiner oder gleich dem Schwellwert (TH) ist, und der zurückgesetzt wird, wenn das Stromkomponenten-Signal (F) größer als der Schwellwert (TH) ist, und die das Vorliegen einer Fehlzündung feststellt, wenn der Zählerstand des Fehlzündungszählers einen vorgegebenen Wert übersteigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung (130) einen Integrator zum Integrieren des Ausgangssignals (E) der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (120) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung (130) einen Spitzenwert-Halteschaltkreis zum Festhalten des Spitzenwertes des Ausgangssignals (E) der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (120) und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals (F) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung (130) einen Tiefpaßfilter zwischen dem Spitzenwert-Halteschaltkreis und der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (120) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlzündungs-Erfassungseinrichtung (140) folgende Komponenten aufweist:
eine Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung (142), an die das Motorzustandssignal (D) angelegt ist, die auf der Basis des Motorzustandssignals ein die Betriebszustände des Motors (D) kennzeichnendes Betriebszustands-Ausgangssignal (G) erzeugt; und
einen Schwellenwertrechner (143) zum Berechnen des Schwellenwertes (TH) auf der Basis des Betriebszustands-Ausgangssignals (G), das von der Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung (142) geliefert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwertrechner (143) den Schwellenwert (TH) in Form eines veränderlichen Signals berechnet, das sich in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal (G) der Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung (142) verändert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert (TH) mit dem Anstieg der Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors zunimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert (TH) mit der Zunahme der Motorbelastung ansteigt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlzündungs-Bestimmungseinrichtung (145) weiter einen A/D-Umsetzer (141) zum Umsetzen des Stromkomponenten-Signals (F) der Stromkomponenten- Erfassungseinrichtung (130) aus der Analogform in die Digitalform aufweist, wobei die Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung (142) ein an den A/D-Umsetzer (141) angelegtes Taktsignal (T) erzeugt, so daß das Ausgangssignal (F) der Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung periodisch an den A/D-Umsetzer (141) in vorbestimmter Kurbelposition des Zylinders angelegt wird, und wobei die besagte Motorbetriebszustands-Bestimmungseinrichtung weiter ein an die Stromkomponenten-Erfassungseinrichtung angelegtes Rückstell-Signal (R) erzeugt, so daß diese während einer vorbestimmten Zeitdauer vor jeder Zündung der Zündkerze rückgestellt wird.

10. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsmotor, dessen Zündsystem eine Zündkerze aufweist, mit den Schritten:

- Erzeugen eines einem während des Zündvorgangs eines Zylinders auftretenden Ionenstrom entsprechenden Ausgangssignals (E) mittels einer Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (120), die mit dem Anschluß der Zündkerze (113), dem die Zündspannung zugeführt wird, verbunden ist;
- Erzeugen eines Stromkomponenten-Signals (F) durch Erfassen der jeweiligen Größe des Ausgangssignals (E) über dessen Verlauf vom Beginn des Verbrennungsvorganges des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder bis zu einem Zeitpunkt vor Auslösung des nächsten Zündfunkens in der Zündkerze;
- Vergleichen des Stromkomponenten-Signals (F) mit einem Schwellwert (TH) und Erzeugen eines Komparator-Ausgangssignal (H), wenn das Stromkomponenten-Signal (F) nicht größer ist als der Schwellwert (TH);
- Erhöhen des Zählerstandes eines Fehlzündungszählers, wenn das Stromkomponenten-Signal (F) kleiner oder gleich dem Schwellwert (TH) ist, und Rücksetzen des Fehlzündungszählers, wenn das Stromkomponentensignal (F) größer ist als der Schwellwert (TH); und
- Feststellen einer Fehlzündung, wenn der Zählerstand des Fehlzündungszählers einen vorgegebenen Wert übersteigt.