DE4131383C2

DE4131383C2 - Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen

Info

Publication number: DE4131383C2
Application number: DE4131383A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Nakagawa; Akira Demizu; Ryoji Nishiyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2011-09-21
Also published as: US5337240A; DE4131383A1; KR950005897B1; KR920006734A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen bei einem Verbrennungsmotor, der einen oder mehrere Zylinder und eine Kurbelwelle aufweist.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in DE 40 28 131 A1 beschrieben und enthält die Schritte Erfassen der Zeitdauer einer ersten Motorperiode, die der von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors benötigten Zeitspanne für die Drehung von einer ersten Drehstellung in eine zweite Drehstellung entspricht, von denen zumindest die erste Drehstellung vor dem oberen Totpunkt des Kolbens des Zylinders liegt, dessen Fehlzündungen zu erfassen sind, und Erfassen der Zeitdauer einer zweiten Motorperiode, die der von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors benötigten Zeitspanne für die Drehung von einer dritten Drehstellung, die auf die zweite Drehstellung folgt oder mit dieser identisch ist, in eine vierte Drehstellung entspricht, von denen zumindest die vierte Drehstellung nach dem oberen Totpunkt des Kolbens des Zylinders liegt, dessen Fehlzündungen zu erfassen sind.

Ferner ist in DE 37 24 420 A1 ein Verfahren zum Schutz eines Abgaskatalysators einer Verbrennungsmotors beschrieben. Ausgangspunkt ist die Tatsache, daß bei Ausfall der Zündung eines Zylinders dieser kein Drehmoment abgibt, und somit die Kurbelwelle nicht wie bei einem ordnungsgemäß arbeitenden Zylinder beschleunigt wird. Durch Messung der Ungleichförmigkeit der Drehbewegung der Kurbelwelle wird eine Fehlzündung in einem Zylinder erfaßt.

Weiterhin ist in DE 39 27 699 A1 eine Kraftstoff regelvorrichtung für Verbrennungsmotoren beschrieben, die einen Zündaussetzsensor aufweist, der einen Fehlzustand in einem Zylinder des Verbrennungsmotors feststellt. Bei Erfassen eines Fehlzustands verhindert eine Kraftstoffzufuhr- Sperrvorrichtung die Kraftstoffzufuhr zu dem bestimmten Zylinder über eine vorbestimmte Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen hinweg. Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird die Kraftstoffzufuhr wiederaufgenommen.

Ferner ist in DE 36 15 547 A1 eine Vorrichtung zum Erkennen eines fehlerhaft arbeitenden Zylinders in einem Verbrennungsmotor beschrieben. Hierzu wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors abgetastet, um im Bereich des Leistungshubs eines jeden Zylinders eine maximale und minimale Geschwindigkeit zu erfassen, aus deren Differenz eine Drehzahlschwankung berechnet wird. Durch Vergleich der Schwankungsdaten wird der fehlerhaft arbeitende Zylinder bestimmt.

Schließlich wird in Latsch u. a. "Experience with a new Method for measuring engine roughness" ISATA-Pap. Nr. *(1979), Intern. Symp. on Automat. Technology and Autom. (Graz, 1979) Proc. Vol. 2, ISATA * Vol: 79, S. 305-319 PP, eine Methode zur objektiven Messung der Laufruhe von Verbrennungsmotoren vorgestellt. Die Erfassung dieser Eigenschaft beruht auf der Messung der mittleren Winkelbeschleunigung zwischen aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle. Die Ergebnisse zeigen, daß mit dieser Methode geringe Beeinträchtigungen der Gleichmäßigkeit des Motorlaufs von Ottomotoren festgestellt werden können, die sich beispielsweise bei der Änderung des Gemischs oder der Zündeinstellung ergeben.

Auch in der veröffentlichten, nicht geprüften japanischen Patentanmeldung JP 62-26345 A ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Fehlzündungen in einem Zylinder beschrieben, bei der der Druck in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors mit einem Drucksensor erfaßt wird, und zwar zusammen mit dem Winkel der Kurbelwelle, bei der der maximale Druck in jedem Zylinder auftritt. Der Verbrennungsmotor funktioniert dann normal, wenn der Maximaldruck jedes Zylinders bei einer durch zwei Kurbelwellenwinkel festgelegten Periode auftritt.

Allgemein können Fehlzündungen viele Ursachen haben, beispielsweise einen Fehler im Zündsystem bei der Erzeugung eines Zündfunkens oder einen Fehler im Kraftstoffversorgungssystem bei der Zuführung der richtigen Kraftstoff/Luftmischung zu einem Zylinder. Ist die Fehlzündung auf einen Fehler des Zündsystems zurückzuführen, so wird von dem Zylinder, in dem die Fehlzündung auftritt, unverbrannter Kraftstoff ausgestoßen. Das Ausstoßen unverbrannten Kraftstoffs aus dem Verbrennungsmotors ist unerwünscht, da der unverbrannte Kraftstoff den Katalysator des Verbrennungsmotors schädigen kann. Demnach müssen Fehlzündungen in einem Verbrennungsmotor erfaßt werden, um die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Zylinder mit Fehlzündung zu unterbrechen.

Viele bekannte Vorrichtungen und Verfahren zum Erfassen von Fehlzündungen weisen jedoch Probleme dahingehend auf, daß es erforderlich ist, den Zylinderdruck kontinuierlich zu überwachen, was zu einer komplizierten Vorgehensweise führt. Arbeitet weiterhin der Verbrennungsmotor mit geringer Last, so weist der Druck in jedem Zylinder zwei Spitzen auf, von denen die eine während des Kompressionshubs im oberen Totpunkt und die andere während des Verbrennungshubs auftritt. Hierbei ist es schwierig, zwischen den beiden Spitzen zu unterscheiden. Tritt darüber hinaus eine Druckspitze während des Kompressionshubs eines Zylinders vor Erreichen des oberen Totpunkts von dessen Kolben auf, so können Fehlzündungen nicht erfaßt werden.

Demnach besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens zum Erfassen von Fehlzündungen in einem Verbrennungsmotor, das in einfacher Weise über den gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors ein Klopfen präzise erfassen kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen, wie es im Zusammenhang mit der Druckschrift DE 40 28 131 A1 beschrieben wurde, durch folgende zusätzliche Schritte gelöst: Berechnen der Beschleunigung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, die entsprechend der Gleichung

Beschleunigung = TL_i/Ti³ × [(TU_i/TL_i) - (TU_i-1/TL_i-1)], mit T_i = TL_i + Tu_i,

ermittelt wird, mit TL_i und TU_i jeweils als Zeitdauer der ersten bzw. zweiten Motorperiode des zu erfassenden Zylinders, TL_i-1 und TU_i-1 jeweils als Zeitdauer der ersten bzw. zweiten Motorperiode des in der Zündreihenfolge zuvor erfaßten Zylinders, und Vergleichen der Beschleunigung mit einem Bezugswert zum Erfassen einer Fehlzündung.

Bei dem Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen gemäß der Erfindung wird während des Betriebs des Verbrennungsmotors die für den Ablauf zweier Motorperioden erforderliche Zeitdauer gemessen, und jede Motorperiode entspricht einer vorbestimmten Zahl von Umdrehungsgraden der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, die anhand festgelegter Stellungen der Kolben der Zylinder des Verbrennungsmotors festgelegt sind. Die beiden Motorperioden werden so gewählt, daß sich das Verhältnis der jeweiligen Zeitdauern in den einzelnen Motorperioden bei in der Zündreihenfolge aufeinanderfolgenden Zylindern ändert, wenn bei einem der Zylinder eine Fehlzündung auftritt. Die Fehlzündung wird dann aufgrund des Bezugswerts für die Beschleunigung erfaßt.

Dieser Bezugswert kann entweder eine Konstante sein, oder es kann sich um einen an die tatsächlichen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors angepaßten Bezugswert handeln.

Insgesamt lassen sich Fehlzündungen eines Zylinders genau mit hoher Empfindlichkeit unter Verwendung einfacher Mittel erfassen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen:

Fig. 1 stellt ein Blockdiagramm zur prinzipiellen Veranschaulichung der Struktur des Fehlzündungs erfassungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des mit einem Fehlzündungserfassungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüsteten Verbrennungsmotors;

Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine Speichertabelle mit Bezugswerten als Funktion der Ansaugluftmenge und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Verbrennungs motors;

Fig. 4 und 5 stellen die Flußdiagramme für Interrupt-Routinen dar, die in der Steuereinheit in der Ausführungs form der vorliegenden Erfindung ablaufen;

Fig. 6(a)-6(d) stellen Kurvendiagramme jeweils für den Zylinder druck, das Ausgangssignal des Kurbelwellen positionssensors, die Kurbelwellengeschwindigkeit und die Beschleunigung als Funktion des Kurbel wellenwinkels während des Betriebs der Ausführungs form der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 7 stellt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Fig. 6(b) dar; und

Fig. 8 stellt das Flußdiagramm einer weiteren Interrupt- Routine dar, das in der Steuereinheit der Ausführungsform der vorliegenden Verbindung abläuft.

Nachfolgend werden zum Erläutern Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 stellt ein Blockdiagramm zur prinzipiellen Veranschaulichung der Struktur der Ausführungsformen dar. Gemäß Fig. 1 ist ein herkömmlicher Verbrennungsmotor M1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs mit einem Darstellungssensor M2 und einem Lastsensor M3 ausgerüstet. Der Verbrennungsmotor M1 kann einen oder mehrere Zylinder aufweisen, wobei im vorliegenden Fall der Verbrennungsmotor ein Vierzylinder-Viertaktmotor ist. Der Drehstellungssensor M2 ist eine Vorrichtung, die eine Drehstellung des Verbrennungsmotors M1 erfaßt und ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, aufgrund dessen festgestellt werden kann, wann sich die Kurbelwellen des Verbrennungsmotors M1 in einer vorgeschriebenen Drehstellung befindet. Beispielsweise kann der Drehstellungssensor M2 die Umdrehung der Kurbelwelle, der Nockenwelle oder eines von diesen Wellen in Drehung versetzten Motorelements, etwa der Verteilerwelle, erfassen. Der Lastsensor M3 erfaßt einen für die Motorlast kennzeichnenden Betriebsparameter des Verbrennungsmotors M1 und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Als Beispiele für Erfassungsvorrichtungen, die als Lastsensoren M3 eingesetzt werden können, seien genannt: ein Luftstromsensor zur Erfassung der in den Verbrennungsmotor M1 aufgenommenen Ansaugluftmenge, ein Drosselventilöffnungssensor zur Erfassung des Öffnungsgrads eines Drosselventils für den Verbrennungsmotor M1 und ein Ansaugdrucksensor zur Erfassung des Luftdrucks in der Ansaugleitung des Verbrennungsmotors M1. Alternativ kann der Lastsensor M3 auch mehr als eine dieser Erfassungsvorrichtungen aufweisen. Das Ausgangssignal des Drehstellungssensors M2 wird an den Motorgeschwindigkeitssensor (Drehzahlsensor) M4 sowie an den Fehlzündungssensor M5 geliefert, während das Ausgangssignal des Lastsensors M3 an den Fehlzündungssensor M5 geliefert wird. Der Motorgeschwindigkeitssensor M4 berechnet die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors M1 auf der Basis des Ausgangssignal des Drehstellungssensors M2 und liefert das für die Motorumdrehungsgeschwindigkeit kennzeichnende Ausgangssignal an den Fehlzündungssensor M5. Der Fehlzündungssensor M5 bestimmt den Motorbetriebszustand auf der Basis der vom Lastsensor M3 und vom Motorgeschwindigkeitssensor M4 gelieferten Eingangssignale. Weiter trifft er eine Entscheidung darüber, ob aufgrund des Verhältniswerts der für zwei verschiedene Motorperioden benötigten Zeitdauern im Verbrennungsmotor M1 Fehlzündungen stattfinden, wobei jede Periode einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungsgraden der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors M1 entspricht.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Struktur des Fehlzündungserfassungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es bei einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor M1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Der Verbrennungsmotor M1 ist mit einer Luftansaugleitung 2 ausgestattet, in der ein Drosselventil 3 drehbar eingebaut ist. Die Luftansaugleitung 2 ist mit einem Luftdurchflußmesser 4, einem Drosselventilöffnungssensor 5 und einem Ansaugluftdrucksensor 6 ausgestattet. Der Luftdurchflußmesser 4 mißt die in die Luftansaugleitung 2 gelangende Luftmenge und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Der Drosselventilöffnungssensor 5 erfaßt den Öffnungsgrad des Drosselventils 3 und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Der Ansaugluftdrucksensor 6 erfaßt den Luftdruck in der Luftansaugleitung 2 und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Der Lastsensor M3 der Fig. 1 kann eines oder mehrere Elemente 4, 5 und 6 aufweisen. Ein Kurbelwellenpositionssensor 7 (entsprechend dem Drehstellungssensor M2 der Fig. 1) ist am Verbrennungsmotor M1 an einer Stelle montiert, an der er die Drehstellung eines synchron mit der Kurbelwelle 8 des Verbrennungsmotors M1 umlaufenden Motorelements erfassen kann, wie etwa einer nicht dargestellten, auf der Kurbelwelle 8 montierten Schwungscheibe. Der Kurbelwellenpositionssensor 7 erzeugt ein Ausgangssignal in vorbestimmten Winkelpositionen der Kurbelwelle 8.

Die Ausgangssignale des Luftdurchflußmessers 4, des Drosselventilöffnungssensors 5, des Ansaugluftdrucksensors 6 und des Kurbelwellenpositionssensors 7 werden an eine Steuereinheit 10 geliefert, die dem Motorgeschwindigkeitssensor M4 und dem Fehlzündungssensor M5 der Fig. 1 entspricht. Der genaue Aufbau der Steuereinheit 10 ist nicht ausschlaggebend, doch soll es sich vorzugsweise um einen Mikrocomputer handeln, der etwa als ein Einchip- Mikrocomputer ausgebildet ist. Bei der Ausführungsform der Erfindung weist die Steuereinheit folgende Komponenten auf: eine Eingangsschnittstellenschaltung 11, welche die von den Sensoren 4 und 7 gelieferten Eingangssignale empfängt; einen Analog/Digital-Umsetzer 12, der die von den Sensoren gelieferten analogen Eingangssignale in Digitalsignale umsetzt; eine Zentraleinheit 13 (CPU), in der festgelegte Routinen zur Erfassung von Fehlzündungen ablaufen; einen Zähler 14 (wie etwa einen Freilaufzähler), der in vorbestimmten Intervallen inkrementiert wird, um die zwischen vorgeschriebenen Drehstellungen der Kurbelwelle 8 auftretenden Zeitdauern zu messen; und einen oder mehrere Speicher, beispielsweise ein RAM-Speicher und ein ROM- Speicher zum Ablegen der in der CPU 13 ablaufenden Routinen und der während der Berechnungen benützten Werte.

Die Größe TL stellt im folgenden die für eine erste Motorperiode benötigten Zeitdauer dar, die durch zwei Winkelpositionen der Kurbelwelle 8 des Verbrennungsmotors 1 definiert ist, während die Größe TU die Zeitdauer für eine zweite Motorperiode darstellt, die durch zwei weitere Winkelpositionen der Kurbelwelle 8 definiert wird.

Eine Speichertabelle, die die Beziehung zwischen dem Bezugswert P und der Luftansaugmenge Q sowie der Umdrehungsgeschwindigkeit N des Verbrennungsmotors enthält, wird zur Zeit der Herstellung des Fehlzündungserfassungsgeräts fest im Speicher 15 gespeichert. Die in der Speichertabelle enthaltenen Bezugswerte sind gängige Durchschnittswerte, die sich für eine große Anzahl unterschiedlicher Verbrennungsmotoren erwiesen haben. Nominell identische Verbrennungsmotoren unterscheiden sich aber aufgrund von Herstellungsdiskrepanzen voneinander; und da die in der Speichertabelle abgelegten Werte Durchschnittswerte sind, können sie bei irgendeinem der Verbrennungsmotoren nicht optimal sein. Aber selbst wenn die Bezugswerte in der Speichertabelle zur Zeit der Herstellung des Verbrennungsmotors optimal sind, können diese ursprünglichen Bezugswerte mit der Alterung des Verbrennungsmotors Gültigkeit verlieren.

Dieses Problem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst, bei der die Speichertabelle auf der Basis der aktuellen Betriebscharakteristiken des Verbrennungsmotors, auf den sich die Tabelle bezieht, aktualisiert wird. Die Gesamtstruktur dieser Ausführungsform entspricht der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Struktur. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Speicher 15 einen nicht änderbaren Speicher auf, in dem eine erste Speichertabelle, wie etwa die in Fig. 3 dargestellte, permanent gespeichert ist, sowie einen änderbaren Speicher mit einer zweiten Speichertabelle, in dem bei Beginn des Betriebs dieser Ausführungsform die Daten der ersten Speichertabelle eingeschrieben und anschließend aktualisiert werden.

Wird festgestellt, daß in einem Zylinder eine Fehlzündung aufgetreten ist, kann eine nicht dargestellte elektronische Steuereinheit die Kraftstoffzufuhr zu dem betreffenden Zylinder abschalten und an den Fahrer des Fahrzeugs mit dem betreffenden Verbrennungsmotor ein Warnsignal abgeben.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Flußdiagramme von Interrupt-Routinen, die in der Steuereinheit 10 zur Erfassung von Fehlzündungen ablaufen. Die in Fig. 4 gezeigte Interrupt-Routine wird mit Auftreten jeder ansteigenden Flanke des Ausgangssignal des Kurbelwellenpositionssensors 7 ausgeführt (dies geschieht jedesmal dann, wenn sich einer der Kolben des Verbrennungsmotors im Kompressionshub in der 76°-Stellung BTDC befindet, während die Interrupt-Routine der Fig. 5 mit jedem Auftreten einer abfallenden Flanke des Ausgangssignals des Kurbelwellenpositionssensors 7 ausgeführt wird (dies geschieht jedesmal dann, wenn sich einer der Kolben im Kompressionshub in der 6°-Stellung BTDC befindet).

In Schritt S1 der in Fig. 4 gezeigten Interrupt-Routine wird der aktuelle Wert des Zählers 14 gelesen und im Speicher 15 in der Form MB76 angelegt. In Schritt S2 wird unter Bezugnahme auf eine Marke bestimmt, ob die Interrupt-Routine zum erstenmal abgelaufen ist. Die Marke wird ursprünglich mit dem Zweck gesetzt, ein erstes Ablaufen der Interrupt-Routine anzuzeigen. Falls in Schritt S2 die Marke nach wie vor auf den Wert eingestellt ist, der das erste Ablaufen der Interrupt-Routine anzeigt, wird die Marke auf einen Wert gesetzt, der anzeigt, daß ein erster Durchlauf bereits erfolgt ist, so daß ein Rücksprung ohne Durchführung irgendwelcher weiterer Schritte ausgeführt wird, da während des ersten Durchlaufs durch die Interrupt-Routine noch keine ausreichende Information vorliegt, um Fehlzündungen zu erfassen.

Die Steuereinheit 10 wartet dann so lange, bis das Ausgangssignal des Kurbelwellenpositionssensors 7 anzeigt, daß der sich gegenwärtig im Kompressionshub befindliche Kolben des Zylinders die 6°-Stellung BTDC erreicht hat, die durch die abfallende Flanke des Ausgangssignals angezeigt wird, so daß die in Fig. 5 gezeigte Interrupt-Routine ausgeführt wird. In Schritt S7 wird der Wert des Zählers 14 abgelesen und im Speicher 15 in der Form MB6 gespeichert. In Schritt S8 wird die Dauer der zweiten Motorperiode TL anhand der Formel MB6- MB76 berechnet und im Speicher 15 abgelegt.

Wenn der Kolben des nächsten Zylinders in der Zündreihenfolge die 76°-Stellung BTDC im Kompressionshub erreicht, wie durch die nächste ansteigende Flanke des Ausgangssignals des Kurbelwellenpositionssensors 7 angezeigt, wird die in Fig. 4 gezeigte Interrupt-Routine erneut ausgeführt. In Schritt S1 wird der Wert von MB76 im Speicher 15 aktualisiert; und im Schritt S2 wird anhand der Marke bestimmt, daß es sich bei der Abwicklung der Interrupt-Routine nicht um den ersten Durchlauf handelt, so daß die Interrupt-Routine in den Schritt S3 übergeht. In diesem Schritt wird die Dauer TU der zweiten Motorperiode, die sich von 6° BTDC bis 76° BTDC erstreckt, anhand der Formel MB76-MB6 berechnet.

Das Verfahren gemäß Fig. 5 besitzt den Vorteil, daß von der Steuereinheit 10 nur zwei Interrupt-Routinen ausgeführt werden, um Fehlzündungen zu erfassen, so daß die Berechnungen relativ einfach sind. Weiter kann das vom Kurbelwellenpositionssensor 7 gelieferte Ausgangssignal eine sehr einfache Form besitzen, so daß die Signalverarbeitung erleichert wird.

Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Fehlzündungen durch Erfassen der Beschleunigung der Kurbelwelle des Motors erfaßt. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 die Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der Fehlzündungen in der zuletzt genannten Weise erfaßt werden. Die Gesamtstruktur der Ausführungsform entspricht der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Struktur.

Die Fig. 6(a) bis 6(d) stellen Wellenformdiagramme zur Betriebsweise der Ausführungsform dar. Wie in Fig. 6(d) und noch genauer in Fig. 7 dargestellt ist, erzeugt der Kurbelwellenpositionssensor 7 dieser Ausführungsform ein Ausgangssignal, das während einer Motorperiode von 180° Drehung der Kurbelwelle zwischen einem hohen Pegel H und einem niedrigen Pegel L wechselt, wobei das Signal bei 70° hochpegelig und bei 110° Kurbelwellendrehung niederpegelig ist. Das Signal weist eine ansteigende Flanke jedesmal dann auf, wenn sich einer der Kolben des Verbrennungsmotors in der 76°-Stellung BTDC befindet, während es eine abfallende Flanke jedesmal dann aufweist, wenn sich während des Kompressionshubes einer der Kolben des Verbrennungsmotors in der 6°-Stellung BTDC befindet. Eine erste Motorperiode mit der Zeitdauer TL erstreckt sich während des Kompressionshubs eines Zylinders von 76° BTDC bis 6° BTDC, während sich eine zweite Motorperiode der Zeitdauer TU von 6° BTDC im Kompressionshub eines Zylinders bis 76° BTDC im Kompressionshub des nächsten Zylinders in der Zündreihenfolge erstreckt. In Fig. 7 bedeutet T die Motorperiode des Ausgangssignals von 76° BTDC des Kolbens des nächsten Zylinders in der Zündreihenfolge während des Kompressionshubs. Der Index i bezeichnet einen Wert für den aktuell im Kompressions- oder Verbrennungshub befindlichen Zylinder, während der Index i-1 den Wert für den vorhergehenden Zylinder in der Zündreihenfolge kennzeichnet.

Fig. 6(a) stellt den Zylinderdruck während des Betriebs der Ausführungsform der Erfindung für den Fall dar, daß der Zylinder #1 eine Fehlzündung aufweist. Die mit der #1a markierte Wellenform zeigt den Fall, daß der Zylinder #1 normal zündet, während die mit #1b markierte Wellenform den Fall zeigt, daß der Zylinder eine Fehlzündung aufweist. Fig. 6(c) zeigt die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, während Fig. 6(d) einen Beschleunigungswert der Kurbelwelle darstellt, der bei der Ausführungsform berechnet wird. Bei diesem Beispiel besitzt der Bezugswert die Größe 1/Sek.², ist aber nicht auf diesen Wert beschränkt.

Bei der Ausführungsform führt die Steuereinheit 10 bei jedem Auftreten der 6°-Stellung BTDC während des Kompressionshubs eines Zylinders (d. h. bei jeder ansteigenden Flanke des Ausgangssignals des Kurbelwellenpositionssensors 7) die in Fig. 5 veranschaulichte Interrupt-Routine aus, welche die Dauer TL der ersten Motorperiode berechnet und den entsprechenden Wert im Speicher 15 ablegt.

Bei jedem Auftreten der 76°-Stellung BTDC während des Kompressionshubs eines Zylinders (d. h. bei jeder ansteigenden Flanke des Ausgangssignals des Kurbelwellenpositionssensors 7) führt die Steuereinheit 10 die in Fig. 8 veranschaulichte Interrupt-Routine aus, die entscheidet, ob eine Fehlzündung stattfindet oder nicht.

In Schritt S1 der Fig. 8 wird der Wert des Zählers 14 abgelesen und im Speicher 15 in der Form MB76 gespeichert. In Schritt S2 wird unter Bezugnahme auf eine Marke entschieden, ob es sich bei der Ausführung der Interrupt-Routine um einen ersten Durchlauf handelt oder nicht. Falls die Marke anzeigt, daß ein erster Durchlauf durch die Interrupt-Routine bereits erfolgt ist, wird die Marke auf einen Wert gesetzt, der den zweiten Durchlauf durch die Interrupt-Routine anzeigt. Dann erfolgt ein Rücksprung. Wenn jedoch die Marke bereits anzeigt, daß der Durchlauf ein weiterer statt des ersten Durchlaufs durch die Interrupt-Routine ist, wird in Schritt S3 die Zeitdauer TU der zweiten Motorperiode anhand der Gleichung TU_i = MB7 - MB6 unter Verwendung des in der Interrupt-Routine gemäß Figur Fig. 5 bestimmten Wertes MB6 berechnet; und dann wird das Zeitdauerverhältnis TU_i/TL_i berechnet. In Schritt S9 wird die Zeitdauer T_i der ersten Motorperiode des Ausgangssignal des Kurbelwellenpositionssensors nach der Vorschrift T_i = TL_i + TU_i berechnet. In Schritt S10 wird unter Bezugnahme auf die Marke ermittelt, ob es sich bei der Abwicklung der Interrupt-Routine um den zweiten Durchlauf durch die Interrupt-Routine handelt. Falls das der Fall ist, wird die Marke auf einen Wert eingestellt, der anzeigt, daß zwei Durchgänge erfolgt sind, woraufhin die Interrupt-Routine nach Schritt S13 springt. In diesem Schritt wird der in Schritt S3 berechnete Verhältniswert TU_i/TL_i im Speicher 15 in der Form TU_i-1/TL_i-1 gespeichert. Der in Schritt S9 berechnete Wert von T_i wird im Speicher 15 in der Form T_i-1 gespeichert, und zwar als Vorbereitung auf den nächsten Durchlauf durch die Interrupt-Routine der Fig. 8. Im vorliegenden Fall zeigt der Index i einen Wert betreffend einen Zylinder an, für den gegenwärtig das Vorliegen einer Fehlzündung ermittelt wird, während der Index i - 1 einen Wert bezüglich des in der Zündreihenfolge vorhergehenden Zylinders anzeigt. Nach Schritt S13 erfolgt ein Rücksprung. Falls in Schritt S10 die Marke anzeigt, daß bereits zwei Durchläufe durch die Interrupt-Routine erfolgt sind, wird in Schritt S11 ein Wert, der die Beschleunigung der Kurbelwelle in Einheiten von 1/Sek.² anzeigt, anhand der folgenden Formel berechnet:

Beschleunigung = TL_i/T_i ³ × [(TU_i/TL_i) - (TU_i-1/TL_i-1)] (1)

In Schritt S12 wird entschieden, ob die in Schritt S11 berechnete Beschleunigung größer als ein vorbestimmter Bezugswert ist. Falls die Beschleunigung größer ist, wird in Schritt S5 entschieden, daß eine Fehlzündung besteht, während wenn die Beschleunigung kleiner als der Bezugswert ist oder diesem entspricht, entschieden wird, daß der Zylinder normal arbeitet. Nachdem der Schritt S5 oder S6 ausgeführt worden ist, werden in Schritt S13 der laufende Verhältniswert TU_i/TL_i sowie die aktuelle Periode T_i als Vorbereitung für den nächsten Durchlauf durch die Interrupt-Routine zu alten Werten TU_i-1/TL_i-1 sowie T_i-1 gesetzt.

Die Interrupt-Routinen der Fig. 5 und 8 werden jedesmal dann wiederholt, wenn die Kurbelwellenstellung so orientiert ist, daß einer der Kolben des Verbrennungsmotors während des Kompressionshubs in der 6°-Stellung BTDC oder in der 76°- Stellung BTDC steht, wobei die Beschleunigung der Kurbelwelle für jeden Zylinder nacheinander berechnet wird.

Wenn in Schritt S5 entschieden wird, daß ein Zylinder fehlzündet, kann durch eine nicht dargestellte elektronische Steuereinheit veranlaßt werden, die Kraftstoffversorgung an den von der Fehlzündung betroffenen Zylinder abzuschalten und für den Fahrer des Fahrzeuges mit dem betreffenden Verbrennungsmotor ein Warnsignal zu erzeugen wie dies bei den vorhergehenden Verfahren der Fall ist.

Die Grundlage für die in Schrift S11 der Fig. 8 benutzte Gleichung (1) ist folgende: Die Differenz der Winkelbeschleunigung α, ausgedrückt in Radians/Sek.² der Kurbelwelle ergibt sich aus:

α = (ω_i - ω_i-1)/T_i(2)

wobei
ω_i = die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle während der Motorperiode T_i und
T_i = die Dauer der Motorperiode des Ausgangssignals des Kurbelwellenpositionssensors 7 ist.

Die Winkelgeschwindigkeit ω_i in Radian/Sek. ergibt sich aus der Formel:

ω_i = 4π/c × (1/T_i) (3)

wobei c die Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors ist.

Die Kombination der Gleichungen (2) und (3) ergibt:

α = 4π/c × (1/T_i) × {T_i/T_i ² - [T_i-1/(T_i-1)²]} (4)

Falls T_i-1 = T_i + ΔT_i und ΔT_i ² << 1 ist, kann die Gleichung (4) durch die folgende Gleichung angenähert werden:

α = 4π/c × (T_i - T_i-1)/T_i ³ (5)

Die Zeitdauer TL liefert eine Information über die Menge der während eines Kompressionshubes in einem Zylinder verdichteten Luft. Falls die in den gemäß der Zündreihenfolge nachfolgenden Zylindern verdichtete Luft gleich groß ist, d. h. falls TL_i = TL_i-1 ist, ergibt sich, daß ΔT_i = T_i-1 - T_i = TU_i-1 - TU_i ist.

Dann kann die Beschleunigung durch Annäherung wie folgt ermittelt werden:

α = 4π/c × (TL_i/T_i ³) × [TU_i/TL_i - (TU_i-1/TL_i-1)] (6)

Der Term 4π/c wird in der Gleichung (6) gestrichen, um den folgenden Ausdruck für die Differenz der Beschleunigung zu erhalten, der Einheiten der Form (1/sec²) aufweist und von der Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors unabhängig ist:

Beschleunigung = (TL_i/T_i ³) × [(TU_i/TL_i) - (TU_i-1/TL_i-1)] (7)

Diese Formel entspricht der Gleichung (1). Dabei entspricht in den vorgenannten Formeln der Ausdruck "i - 1" stets der Schreibweise "i minus eins".

Wie ersichtlich, können mit dem Verfahren gemäß der Erfindung Fehlzündungen eines Zylinders genau und mit hoher Empfindlichkeit unter Verwendung einfacher Mittel erfaßt werden.

In der Interrupt-Routine der Fig. 8 ist der in Schritt S12 benutzte Bezugswert zur Entscheidung darüber, ob eine Fehlzündung stattfindet, eine Konstante. Es ist jedoch möglich, für den Bezugswert einen variablen Wert zu wählen, wie etwa einen Durchschnittswert der Beschleunigung über eine vorgeschriebene Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen.

Alternativ kann der Bezugswert auch aus einer Speichertabelle in Übereinstimmung mit den aktuellen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors gewählt werden.

Wie ersichtlich, besitzt die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung eine extrem einfache Struktur und kann daher billig hergestellt werden. Weiter kann diese Vorrichtung Fehlzündungen im gesamten Geschwindigkeitsbereich des Verbrennungsmotors erfassen.

Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform die berechnete Beschleunigung bzw. Beschleunigungsdifferenz so definiert ist, daß sie über einen Bezugswert hinaus ansteigen kann, wenn Fehlzündungen stattfinden, kann die Beschleunigung bzw. Beschleunigungsdifferenz beispielsweise auch so definiert werden, daß sie im Falle von Fehlzündungen unter einen bestimmten Bezugswert fällt.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen bei einem Verbrennungsmotor (1), der einen oder mehrere Zylinder und eine Kurbelwelle (8) aufweist, mit folgenden Schritten:

1. Erfassen der Zeitdauer einer ersten Motorperiode (TL), die der von der Kurbelwelle (8) des Verbrennungsmotors benötigten Zeitspanne für die Drehung von einer ersten Drehstellung in eine zweite Drehstellung entspricht, von denen zumindest die erste Drehstellung vor dem oberen Totpunkt (BTDC) des Kolben des Zylinders liegt, dessen Fehlzündungen zu erfassen sind,
2. Erfassen der Zeitdauer einer zweiten Motorperiode (TU), die der von der Kurbelwelle (8) des Verbrennungsmotors benötigten Zeitspanne für die Drehung von einer dritten Drehstellung, die auf die zweite Drehstellung folgt oder mit dieser identisch ist, in eine vierte Drehstellung entspricht, von denen zumindest die vierte Drehstellung nach dem oberen Totpunkt (ATDC) des Zylinders liegt, dessen Fehlzündungen zu erfassen sind,
3. Berechnen der Beschleunigung der Kurbelwelle (8) des Verbrennungsmotors, die entsprechend der Gleichung
Beschleunigung = TL_i/Ti³ × [(TU_i/TL_i) - (TU_i-1/TL_i-1)],
mit T_i = TL_i + Tu_i,
ermittelt wird, mit
TL_i und TU_i jeweils als Zeitdauer der ersten bzw zweiten Motorperiode des zu erfassenden Zylinders, und
TL_i-1 und TU_i-1 jeweils als Zeitdauer der ersten bzw. zweiten Motorperiode des in der Zündreihenfolge zuvor erfaßten Zylinders, und
4. Vergleichen der Beschleunigung mit einem Bezugswert zum Erfassen einer Fehlzündung.

2. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstellung der Kurbelwelle (8) mit einem Kurbelwinkelpositionssensor (7) erfaßt wird.

3. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Motorperiode (TL) dem Kompressionshub des Kolbens des zu überwachenden Zylinders zugeordnet ist und daß die zweite Motorperiode (TU) einem Verbrennungshub des Kolbens des zu überwachenden Zylinders des Verbrennungsmotors zugeordnet ist.

4. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehstellung eine Drehstellung vor dem oberen Totpunkt des Kolbens des zu überwachenden Zylinders ist.

5. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehstellung und die dritte Drehstellung der obere Totpunkt des Kolbens des zu überwachenden Zylinders sind.

6. Verfahren zur Erfassung von, Fehlzündungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugswert eine Konstante ist.

7. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugswert variabel ist und auf der Grundlage mindestens einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors ausgewählt wird.

8. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsbedingung die Motorlast berücksichtigt wird.

9. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsbedingung die Motordrehzahl berücksichtigt wird.