DE4132335C2 - Vorrichtung zum Erkennen eines Flammaustritts bei einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen eines Flammenaustritts bei einem Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung zum Erkennen eines Flammenaustritts ist aus der WO 90/02 874 bekannt, die zwei stromauf und stromab von eine Katalysator angeordnete Sauerstoffsensoren aufweist. Ein Fflammenaustritt wird dadurch wahrgenommen, daß sich der Unterschied der Signale der beiden Sensoren plötzlich um einen vorbestimmten Betrag ändert. Alternativ dazu kann ein Flammenaustritt dadurch bestimmt werden, daß ein Unterschied zwischen einem Maximum und einem Minimum der Sensorspannung eines einzigen Sensors einen vorbestimmten Wert überschreitet, der von der Motordrehzahl und/oder der Motorlast abhängt.

Außerdem kann aus der Motordrehzahl und/oder der Maschinenlast die Zeitdauer abgeleitet werden, die das Abgas benötigt, um an den Sensor zu gelangen, so daß das Sensorsignal einer Verbrennung eines bestimmten Zylinders zugeordnet werden kann.

Außerdem wird in der US 40 31 747 gelehrt, in einer Abgasanalyse­ vorrichtung den differenzierten Wert eines ersten Signals, das beispielsweise die in dem Abgas vorliegende Sauerstoffmenge anzeigt, mit einem zweiten Wert bzw. Signal zu vergleichen, das eine Art von Schwellwert darstellt. Dabei wird ein Flammenaustritt durch eine größere Änderung des Sauerstoffgehalts im Abgas angezeigt.

In der DE 40 03 752 A1 wird nur das Signal des Sauerstoffsensors verwendet, um einen Flammenaustritt zu erkennen, ohne daß dabei ein Vergleich mit einem anderen Signal ausgeführt wird.

Weitere Flammenaustritts-Erkennungseinrichtungen für Verbren­ nungsmotoren sind aus der JP-A-55-1 37 342 und der JP-A-2-55 859 bekannt. Gemäß der Einrichtung nach der JP-A-55-1 37 342 kann durch Regeln des Luft-/Kraftstoff-Gemischs aufgrund eines Ausgangssignals eines Abgasdruck-Sensors, welcher den Abgasdruck erfaßt, und eines Umdrehungsgeschwindigkeits- Sensors, der die Umdrehungsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors erfaßt, das Luft-/Kraftstoff-Gemisch auf einen mageren Grenzwert eingestellt werden, ohne daß ein Flammenaustritt hervorgerufen wird. Gemäß der Vorrichtung nach der JP-A-2-55 859 wird der Flammenaustritt aufgrund eines Änderungsbetrags im Leerlauf ermittelt.

Die Vorrichtung nach der JP-A-55-1 37 342 hat den Nachteil, daß zusätzlich ein spezieller Abgasdruck-Sensor vorgesehen werden muß, um den Flammenaustritt zu erkennen, und dadurch die Kosten hoch sind und die Konstruktion kompliziert wird.

Obgleich bei der Vorrichtung nach der JP-A-2-55 859 Umdrehungsschwankungen als ein Parameter zum Erkennen des Flammenaustritts verwendet werden, hat dies den Nachteil, daß diese Vorrichtung zum Erkennen des Flammenaustritts bei hohen Drehzahlen über etwa 3000 U/min aufgrund von Schwingungsproblemen und ähnlichem nicht verwendet werden kann.

Darüber hinaus besteht bei Fahrzeugen mit Katalysatoreinrichtungen der Nachteil, daß die Temperatur aufgrund einer Verzögerung im Erkennen des Flammenaustritts während desselben übermäßig stark ansteigt, so daß frühzeitig Funktionsstörungen des Katalysators auftreten und die Standzeit der Katalysatoreinrichtung beeinträchtigt wird und im schlimmsten Fall die Katalysatoreinrichtung beschädigt wird.

Darüber hinaus besteht der Nachteil, daß der Reinheitsgrad des Abgases des Verbrennungsmotors sich aufgrund der Verschlechterung oder der Beschädigung der Katalysatoreinrichtung ebenfalls verschlechtert, wodurch eine erhöhte Umweltverschmutzung hervorgerufen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung zum Erkennen eines Flammenaustritts bei einem Ver­ brennungsmotor so auszubilden, daß ein Flammenaustritt frühhzeitig und sicher wahrgenommen werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß der Flammenaustritt durch ein mageres Luft-Kraftstoff- Gemisch und eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses detektiert wird, die mit der Änderung der Motorlast verglichen wird, wird sichergestellt, daß die Änderung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses nicht auf einer Änderung der Motorlast beruht, sondern einen Flammenaustritt anzeigt. Außerdem wird durch die Einbeziehung der Reaktionszeit in die Regeleinrichtung eine frühzeitige und eindeutige Erkennung eines Flammenaustritts möglich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm über die zeitliche Abfolge des Auftretens und Erkennens eines Flammenaustritts bei dem Verbrennungsmotor;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Flammenaustritts- Erkennungsvorrichtung, welche den in Fig. 1 veranschaulichten Funktionsablauf ausführt;

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Antwortzeit des A/F-Sensors und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors darstellt;

Fig. 4 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Antwortzeit des A/F-Sensors und der Motorlast darstellt;

Fig. 5 ein Diagramm, aus welchem die Verzögerungszeit T₀ für das Signal des A/F-Sensors ermittelt werden kann;

Fig. 6 ein Flußdiagramm zum Erläutern des Funktionsablaufs bei der Vorrichtung;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung, wie das Kennzeichen zum Unterscheiden der Zylinder verwendet wird; und

Fig. 8 ein Flußdiagramm zum Erläutern der Funktion des Speichers zum Speichern der Anzahl der Flammenaustritte.

Die Fig. 1 bis 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen Verbrennungskraftmotor mit beispielsweise vier Zylindern; 4 einen Zylinderblock; 6 einen Zylinderkopf; 8 einen Ventilbetätigungsmechanismus; 10 eine Nockenwelle des Ventilbetätigungsmechanismus 8; 12 einen mit der Nockenwelle 10 verbundenen Nocken; 14 einen Zylinderkopfdeckel; 16 einen Kolben; 18 einen Luftfilter; 20 einen Drosselteil; 22 einen Einlaßkanal des Drosselteils; 24 ein Einspritzventil; 26 ein Drosselventil; 28 einen Einlaßkrümmer; 30 einen Einlaßkanal des Einlaßkrümmers; 32 eine Einlaßöffnung; 34 ein Einlaßventil; 36 einen Verbrennungsraum; 38 ein Auslaßventil; 40 eine Auslaßöffnung; 42 einen Auslaßkrümmer; 44 einen Auslaßkanal des Auslaßkrümmers; 46 ein Auslaßrohr; 48 einen Auslaßkanal des Auslaßrohrs; und 50 eine Katalysatorvorrichtung.

Das Einspritzventil 24 für den Kraftstoff ist innerhalb des Einlaßkanals 22 stromaufwärts des Drosselventils 26 angeordnet. Das eine Ende einer Kraftstoff-Zuführleitung 56 ist mit einer in einem Kraftstofftank 52 angeordneten Kraftstoffpumpe 54 verbunden. Das andere Ende der Kraftstoff-Zuführleitung 56 ist mit dem Einspritzventil 24 für den Kraftstoff verbunden. Ein Kraftstoffilter 58 entfernt Verunreinigungen aus dem in dem Kraftstofftank 52 befindlichen Kraftstoff und ist zwischen den beiden Enden der Kraftstoff-Zuführleitung 56 angeordnet.

Ein Kraftstoff-Führungskanal 62 ist mit einem Druckregler 60 und mit dem Einspritzventil 24 für Kraftstoff verbunden. Der Druckregler 60 für den Kraftstoff regelt den Druck des dem Einspritzventil 24 zugeführten Kraftstoffs auf einen konstanten Wert. Der Druckregler 60 für den Kraftstoff wird durch den in dem Einlaßkanal herrschenden Druck mittels eines Druckregelkanals 64 betätigt, welcher mit dem Einlaßkanal 30 auf der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 26 verbunden ist.

Eine zu dem Kraftstofftank 52 hin offene Rückführleitung 66 ist darüber hinaus mit dem Druckregler 60 für den Kraftstoff verbunden.

Die Kraftstoffpumpe 54 wird mittels eines Kraftstoffpumpenrelais 68 betätigt und geregelt. Das Kraftstoffpumpenrelais 68 ist mit einem Rechenwerk 70 des Einspritzventils verbunden. Das Rechenwerk 70 ist mit dem Einspritzventil 24 verbunden.

Ein Druckkanal 74 ist mit einem Einlaßdruck-Sensor 72 für den Einlaßdruck verbunden, welcher einen Einlaßrohr-Druck in dem Einlaßkanal 30 des Einlaßkrümmers erfaßt. Der Kanal 74 ist mit dem Druckkanal 64 zum Einstellen des Kraftstoffdrucks verbunden. Der Einlaßdruck-Sensor 72 für den Einlaßdruck fungiert als ein Motorlast-Sensor zum Erfassen des Lastzustands des Verbrennungsmotors 2, wozu grundsätzlich als typische Einflußparameter eine Einspritzmenge des Kraftstoffs, eine angesaugte bzw. eingelassene Luftmenge, der Einlaßdruck oder ähnliche Größen verwendet werden können. Ein Bypaß- Rückführkanal 76 für Gas ist mit dem Inneren des Luftfilters 18 an dessen Reinluftseite verbunden und ist mit dem Zylinderkopfdeckel 14 verbunden. Ein Ende eines weiteren Bypaß- Rückführkanals 78 für Gas auf der Krümmerseite ist mit dem Bypaß-Rückführkanal 76 zwischen dem Luftfilter 18 und dem Zylinderkopfdeckel 14 verbunden. Das andere Ende des Bypaß- Rückführkanals 78 ist mit einem PVC-Ventil 80 verbunden, welches seinerseits mit dem Einlaßkrümmer 28 verbunden ist, um eine den Einlaßkanal 30 des Einlaßkrümmers umgehende Bypaß- Gasmenge einzustellen.

Mit dem Luftfilter 18 ist ein Temperatursensor 82 zum Erfassen der Lufttemperatur der angesaugten Luft verbunden.

Ein Drosselsensor 84 ist mit dem Drosselventil 26 verbunden und dazu vorgesehen, die Öffnungs- oder Schließstellung des Drosselventils 26 zu erfassen. Ein Luftstrom-Bypaßkanal 86 ist in dem Einlaßkrümmer 28 derart ausgebildet, daß er den Einlaßkanal 22 des Drosselteils mit dem Einlaßkanal 30 des Einlaßkrümmers verbindet und so einen das Drosselventil 26 umgehenden Bypaß bildet. Ein Luftventil 90 ist in dem Bypaßkanal 86 angeordnet und wird von einem auf Wärme reagierenden Betätigungselement 88 betätigt, um so den Luft- Bypaßkanal zu öffnen oder zu schließen. Das auf Wärme reagierende Betätigungselement 88 arbeitet gemäß der Temperatur des in einem ersten Kühlwasserkanal 92 fließenden Motorkühlwassers, wobei der erste Kühlwasserkanal 92 in dem Einlaßkrümmer 28 ausgebildet ist.

Ein Wassertemperatur-Sensor 94 zum Erfassen der Temperatur des Motorkühlwassers ist in dem ersten Kühlwasserkanal 92 angeordnet und an dem Einlaßkrümmer 28 angebracht.

Ein Ende eines ersten Bypaß-Druckkanals 96 ist zu dem Einlaßkanal 30 des Einlaßkrümmers hin an einer stromabwärts des Drosselventils 26 gelegenen Stelle offen. Das andere Ende des ersten Bypaß-Druckkanals 96 ist mit dem Luftfilter 18 verbunden. Ein Magnetventil 98 zum Regeln der Leerlaufgeschwindigkeit ist zwischen den Enden des ersten Bypaß-Druckkanals 96 verbunden.

Ein Ende eines zweiten Bypaß-Druckkanals 100 ist mit dem einen Ende des ersten Bypaß-Druckkanals 96 verbunden. Das andere Ende des zweiten Bypaß-Druckkanals 100 ist mit dem anderen Ende des ersten Bypaß-Druckkanals 96 verbunden. Ein druckempfindliches Schaltventil (VSV) 102 für eine Klimaanlage ist zwischen den Enden des zweiten Bypaß-Druckkanals 100 verbunden. Ein Verstärker 104 für die Klimaanlage ist mit dem druckempfindlichen Schaltventil 102 und der Klimaanlage verbunden.

Eine EGR-Einlaßöffnung 108 an einem Ende eines EGR- Rückführkanals 106 ist zu dem Auslaßkanal 44 des Auslaßkrümmers hin geöffnet. Eine EGR-Rückführöffnung 110 an dem anderen Ende des EGR-Rückführkanals 106 ist zu dem Einlaßkanal 30 des Einlaßkrümmers auf der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 26 hin geöffnet. Ein Druckkanal 116 zum Betätigen eines EGR- Einregulierventils 112 ist mit einer Druckkammer 114 dieses EGR-Einregulierventils 112 verbunden.

Der Betätigungs-Druckkanal 116 ist mit der Druckkammer 114 des EGR-Einregulierventils 112 verbunden sowie mit dem Einlaßkanal 22 des Drosselteils an der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 26. Ein EGR-Modulator 118 und ein druckempfindliches Schaltventil 120 für die EGR-Regelung sind in Reihe entlang des Betätigungs-Druckkanals 116 angeordnet, welcher sich von dem EGR-Einregulierventil 112 zu dem Kanal 22 hin erstreckt. Der EGR-Modulator 118 regelt den auf die Druckkammer 114 einwirkenden Druck des EGR-Einregulierventils 112 dadurch, daß er die Möglichkeit gibt, den Auslaßdruck durch den EGR-Rückführkanal 106 auf eine innere Membrankammer 124 durch einen Druckkanal 122 einwirken zu lassen. Das druckempfindliche Schaltventil 120 für die EGR-Regelung öffnet oder schließt den Betätigungs-Druckkanal 116 zwischen dem EGR- Regler 118 und dem Kanal 22.

Ein Langsam-Bypaßkanal 126 ist in dem Drosselteil 20 ausgebildet und verbindet den Einlaßkanal 22 des Drosselteils mit dem Einlaßkanal 30 des Einlaßkrümmers und bildet so einen das Drosselventil 26 umgehenden Bypaß. Eine Leerlauf- Einstellschraube 128 ist ebenfalls in dem Bypaßkanal 126 zum Einstellen dessen Öffnungs-/Schließstellung vorgesehen.

Ein Unterdruckkanal 136 ist einerseits mit einem Unterdruckregler 130 und andererseits mit dem Einlaßkanal 22 des Drosselteils stromaufwärts und in ummittelbarer Nähe des Drosselventils 26 verbunden. Ein Verteiler 134 mit beispielsweise einem Umdrehungsgeschwindigkeits-Sensor 500 zum Erzeugen eines für die Rotationsgeschwindigkeit des Motors charakteristischen Signals, ist ebenfalls mit dem Unterdruckregler 130 verbunden. Der Unterdruckregler 130 wird durch einen Einlaßrohr-Druck betätigt, der von dem Einlaßkanal 30 des Einlaßkrümmers über eine Druckleitung 132 bereitgestellt wird. Der Druckkanal 132 für den Regler ist mit dem Einlaßkanal 30 mittels eines Gasfilters 130 verbunden, welcher mit dem Einlaßkrümmer 28 auf der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 26 verbunden ist.

Ein Verdampfungskraftstoff-Kanal 142 ist zum einen mit einem Behälter 140 mit einem darin befindlichen Absorbent verbunden, und zum anderen mit dem Kraftstofftank 52. Ein Durchblaskanal 144 zum Leiten von separiertem Verdampfungskraftstoff zu dem Einlaßkanal 30 des Einlaßkrümmers ist zwischen dem Behälter 140 und dem einen Ende des zweiten Bypaß-Druckkanals 100 verbunden.

Der Behälter 140 hat ein Verdampfungskraftstoff-Regelventil 146 zum Einregulieren einer Menge von separiertem Verdampfungskraftstoff. Ein Druckkanal 150 versorgt eine Druckkammer 148 zum Regeln eines Verdampfungskraftstoff- Regelventils 146 mit dem in dem Einlaßkanal 22 dicht stromaufwärts des Drosselventils 26 herrschenden Druck. Ein Druck-Verbindungskanal 154 ist mit einem auf die Wassertemperatur reagierenden Ventil 152 verbunden, welches an dem Einlaßkrümmer 28 angebracht ist, sowie mit einem Druckkanal 150 zum Regeln verbunden. Das auf die Wassertemperatur reagierende Ventil 152 wird gemäß der Temperatur des in dem zweiten Kühlwasserkanal 156 befindlichen Kühlwassers betätigt, welcher in dem Einlaßkrümmer 28 ausgebildet ist.

Ein A/F-Sensor 158 zum Erfassen des Luft-/Kraftstoff- Verhältnisses in dem Abgas und zum Erzeugen eines dieses Verhältnis charakterisierenden Signals ist mit dem Auslaßkrümmer 42 verbunden. Im allgemeinen ist der A/F-Sensor als linearer Sensor ausgebildet und damit die Ausgangsspannung des Sensors im wesentlichen direkt proportional zu dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis.

Das Einspritzventil 24, das Kraftstoffpumpenrelais 68, das Rechenwerk 70 des Einspritzventils, der Einlaßdruck-Sensor 72 für den Einlaßdruck, der Temperatursensor 82 zum Erfassen der Einlaß-Lufttemperatur, der Drosselsensor 84, der Wassertemperatur-Sensor 94 zum Erfassen der Temperatur des Motorkühlwassers, das Magnetventil 98 zum Regeln der Leerlaufgeschwindigkeit, das druckempfindliche Schaltventil 102 zum Betätigen der Klimaanlage, der Verstärker 104 der Klimaanlage, das druckempfindliche Schaltventil 120 für die EGR-Regelung, der Verteiler 134, und der A/F-Sensor 158 sind mit der Regeleinrichtung 160 (ECU) verbunden. Die Regeleinrichtung 160 kann mit einem herkömmlichen Mikroprozessor-Schaltkreis ausgestattet sein.

Wenn der A/F-Sensor 158 ein Ausgangssignal erzeugt, welches ein mageres Luft-/Kraftstoff-Gemisch signalisiert, vergleicht die Regeleinrichtung 160 das Ausgangssignal des A/F-Sensors mit dem Ausgangssignal des Einlaßdruck-Sensors 72, welcher als Motorlast-Sensor fungiert, wobei durch diesen Vergleich ein Flammenaustritts-Zustand erkannt wird. Ebenso paßt die Regeleinrichtug 160 die Antwortgeschwindigkeit des A/F-Sensors in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Umdrehungsgeschwindigkeits-Sensors 500 und des Einlaßdruck- Sensors 72 an.

Im einzelnen hat die Regeleinrichtung 160 vier Funktionen, nämlich einen Flammenaustritt zu erkennen, die Antwortgeschwindigkeit des A/F-Sensors den Erfordernissen anzugleichen, einen fortlaufenden Flammenaustritt zu erkennen und denjenigen Zylinder zu erkennen, in welchem ein Flammenaustritt aufgetreten ist.

Für die Flammenaustritts-Erkennungsfunktion der Regeleinrichtung 160, wenn der A/F-Sensor 158 ein mageres Gemisch signalisierendes Signal erzeugt, das heißt wenn sich das A/F-Signal wie in Fig. 1 dargestellt um einen Betrag Δ A/F ändert, welcher größer oder gleich dem Flammenaustritts- Erkennungsbetrag DAF ist, wird das Ausgangssignal des A/F- Sensors 158 mit dem Ausgangssignal des Einlaßdruck-Sensors 72 verglichen, wodurch auf Flammenaustritts-Zustand in dem Fall erkannt wird, wenn der A/F-Änderungsbetrag Δ A/F sich nicht in dem gleichen Verhältnis ändert, wie das Ausgangssignal des Einlaßdruck-Sensors 72.

Für die Antwortgeschwindigkeits-Anpassungsfunktion des A/F- Sensors der Regeleinrichtung 160, wenn Δ A/F DAF, wird eine derartige Korrektur und Regelung vorgenommen, daß eine angepaßte Antwortgeschwindigkeit des A/F-Sensors aufgrund der Ausgangssignale des Umdrehungsgeschwindigkeits-Sensors 500 und des Einlaßdruck-Sensors 72 vorliegt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird eine geeignete Antwortgeschwindigkeit des A/F-Sensors 158 durch Ermitteln einer Verzögerungszeit T₀ festgesetzt, die mit dem A/F-Sensor im Zusammenhang steht. Die Antwort- Verzögerungszeit T₀ des A/F-Sensors 158 wird durch die Summe aus T_a gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm und T_b gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm berechnet, das heißt T₀ = T_a+T_b, oder T₀ wird aus dem in Fig. 5 dargestellten Diagramm direkt entnommen.

Darüber hinaus, gemäß der Flammenaustritts-Erkennungsfunktion für fortlaufenden Flammenaustritt durch die Regeleinrichtung 160, wird eine Zeit T_R wie in Fig. 1 dargestellt, die benötigt wird, um von einem zu mageren Luft-/Kraftstoff-Gemisch zu einem fetteren Luft-/Kraftstoff-Gemisch nach Erkennen des Flammenaustritts-Zustands umzuschalten, durch die Antwort- Verzögerungszeit T₀ des A/F-Sensors 158 dividiert. Wenn der daraus resultierende Quotient größer oder gleich 2 ist, wird auf fortlaufenden Flammenaustritt erkannt.

Darüber hinaus, gemäß der Zylinder-Erkennungsfunktion der Regeleinrichtung 160 zum Erkennen desjenigen Zylinders, welcher den Flammenaustritt verursacht hat, wird dieser Zylinder durch die Antwort-Verzögerungszeit T₀ des A/F-Sensors 158 und die Zeit T_R erkannt, die benötigt wird, um das Luft-/Kraftstoff- Gemisch von einem mageren in einen fetten Zustand zurück zu überführen.

Ein Diagnoseschalter 162, ein Testschalter 164, eine Motor- Prüflampe 166, eine Anzeigelampe 168, eine Zündspule 170, ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 172, eine Diagnoselampe 174, eine Beleuchtungslampe 176, ein Lichtschalter 178, ein Hauptrelais 180, ein Hauptschalter 182, ein Kupplungsschalter 184, ein Starter-Schalter 186, eine Hauptsicherung 188, und eine Batterie 190 sind jeweils mit der Regeleinrichtung 160 verbunden.

Gemäß dessen, wenn ein Flammenaustritt bei dem Verbrennungsmotor 2 erkannt wird, schaltet die Regeleinrichtung 160 die Diagnoselampe 174 ein, um den Fahrer über den Flammenaustritt zu informieren, und die Regeleinrichtung betätigt das Einspritzventil 24 zum Einspritzen des Kraftstoffs, um die Kraftstoffzufuhr abzuschalten oder ähnliches, und verhindert das Ausströmen von unverbranntem Gas in das Abgassystem, wodurch ein fortlaufender Flammenaustritt verhindert wird.

Die Funktionsweise dieser Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.

In Fig. 1 ist ein Diagramm über die zeitliche Abfolge des Auftretens eines Flammenaustritts dargestellt, wobei der Zylinder #1 des Verbrennungsmotors 2 einen Flammenaustritt verursacht hat.

Wenn gemäß Fig. 1 ein Flammenaustritt in dem ersten Zylinder #1 auftritt, wird dieser Flammenaustritt durch ein Ausgangssignal des A/F-Sensors 158 nach Verstreichen einer Antwort- Verzögerungszeit T₀ angezeigt. Ein Zylinder-Kennzeichen, welches den ersten Zylinder #1 kennzeichnet, wird auf sein hohes Niveau um Millisekunden T₀ verzögert festgesetzt, nachdem das Zylinder-Unterscheidungssignal zuerst den Zylinder #1 gemeldet hat. Das Auftreten eines Flammenaustritts wird nach einer Rechenzeit T_AF bestimmt, während welcher die Änderung des A/F-Verhältnisses Δ A/F durch die Regeleinrichtung ECU 160 berechnet wird. Eine Gesamtzahl der Flammenaustritte wird für den ersten Zylinder #1 gespeichert. Das Luft-Kraftstoff- Verhältnis wird mager.

Die Zeit T_R, welche verstreicht, bis das Luft-/Kraftstoff- Gemisch von einem mageren Zustand zurück in einen fetten Zustand überführt ist und welche mit einer vorbestimmten fortlaufenden Flammenaustritts-Erkennungszeit einhergeht, beginnt mit dem Erkennen eines Flammenaustritts zu laufen.

Der Flammenaustritt-Erkennungsvorgang wird nachfolgend anhand eines in Fig. 6 dargestellten Flußdiagramms beschrieben. Nachdem gemäß Fig. 6 das Programm der Regeleinrichtung 160 in Schritt 201 durch Starten des Verbrennungsmotors 2 in Gang gesetzt wird, wird in Schritt 202 die Änderung des A/F- Verhältnisses Δ A/F während der Rechenzeit T_AF berechnet.

Das Progranm schreitet zu Schritt 203 fort, in welchem erkannt wird, ob die Änderung des A/F-Verhältnisses Δ A/F sich in Richtung eines mageren Gemisches verändert oder nicht und ein entsprechender Erkennungsschritt 204 wird durchgeführt. Wenn das Ergebnis des Erkennungs-Schritts 204 "Nein" ist, kehrt das Programm zu dem Rechenschritt 202 zum Berechnen der Stärke der Änderung Δ A/F des A/F-Verhältnisses zurück. Wenn das Ergebnis in Schritt 204 "Ja" ist, wird Δ A/F mit dem Flammenaustritts- Erkennungsbetrag DAF für das A/F-Verhältnis verglichen, wonach in Schritt 205 geprüft wird, ob Δ A/F DAF ist oder nicht.

Wenn das Ergebnis dieses Erkennungsschritts 205 "Nein" ist, springt das Programm auf den oben ervähnten Rechenschritt 202 zum Berechnen des Änderungsbetrags Δ A/F von A/F zurück. Wenn in Schritt 205 auf "Ja" entschieden wird, wird ein Ermittlungssignal, beispielsweise von dem Einlaßdruck-Sensor 72, welches die Motorlast des Verbrennungsmotors 2 repräsentiert, mit dem Ausgangssignal des A/F-Sensors 158 verglichen. Als andere typische Einflußfaktoren, welche die Motorlast repräsentieren können, können die Menge des eingespritzten Kraftstoffs (vgl. Fig. 1), die Menge der angesaugten Luft (Fig. 1), der Einlaßdruck oder ähnliche verwendet werden. In dem Fall, in dem der Änderungsbetrag Δ A/F des A/F-Verhältnisses sich nicht im gleichen Verhältnis wie der für den Vergleich ausgewählte Maschinenlast-Einflußparameter ändert, wird in Schritt 206 entschieden, daß ein Flammenaustritts-Zustand vorliegt. Der den Flammenaustritt verursachende Zylinder wird jetzt durch Untersuchen des Zylinder-Kennzeichens in Schritt 207 festgestellt. Das Zylinder-Kennzeichen wird gemäß dem Zylinder-Erkennungssignal und T₀ in Fig. 1 festgesetzt.

In Schritt 208 wird eine "1" zu dem Speicher für die Anzahl der Flammenaustritte des jeweiligen in Schritt 207 gekennzeichneten Zylinders addiert. Die bis zum Verändern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einen fetten Zustand verstrichene Zeit seit Erkennen des Flammenaustritts, d. h. die Zeit T_R gemäß Fig. 1, welche verstreicht, bis das magere Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wieder zurück in ein fettes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis überführt ist, wird in Schritt 209 bestimmt.

Die Zeit T_R, welche verstreicht, bis das magere Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wieder zurück in ein fettes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis überführt ist, wird in Schritt 210 durch die Antwort-Verzögerungszeit T₀ des A/F-Sensors 158 geteilt (der Rest wird weggelassen), wonach in Schritt 211 entschieden wird, ob der Quotient größer oder gleich 2 ist, d. h. ob T_R÷T₀2 gilt oder nicht.

Wenn in Schritt 211 "Ja" entschieden wird, wird ein fortlaufender Flammenaustritts-Zustand festgestellt und eine "1" wird in den zuständigen Speicher für Flammenaustritte in Schritt 212 addiert. In Schritt 212, wenn 2T_R÷T₀<3, wird eine "1" in den Speicher für die Anzahl der Flammenaustritte des in Zündreihenfolge nächsten Zylinders addiert, d. h. in den Speicher für den dritten Zylinder #3. Wenn 3<T_R÷T₀4, wird eine "1" in den Speicher für die Anzahl der Flammenaustritte des in Zündreihenfolge nächsten Zylinder addiert, d. h. in den Speicher für den vierten Zylinder #4.

Nach Beendigung der Addition in die Speicher für die Anzahl der Flammenaustritte in Schritt 212, oder wenn das Resultat der Erkennung in Schritt 211 "Nein" ist, und wenn das Verhältnis der innerhalb einer vorbestimmten Anzahl von Zündungen auftretenden Flammenaustritte größer als ein kritischer Wert ist, wird diese Störung dem Fahrer durch eine Warneinrichtung wie eine Alarmlampe oder ähnliches gemeldet und die Kraftstoffzufuhr wird abgeschnitten.

Die Verwendung des Zylinder-Kennzeichens wird nachfolgend anhand des Flußdiagramms gemäß Fig. 7 erläutert.

Zunächst wird wie in Fig. 1 dargestellt ein Zylinder- Erkennungssignal von dem Verteiler 134 oder einem Kurbelwellensensor in Schritt 301 ausgegeben. Nach Verstreichen der Antwort-Verzögerungszeit T₀ des A/F-Sensors 158 wird das Zylinder-Kennzeichen in der Regeleinrichtung 160 als ein Signal eingeschrieben, welches um T₀ verzögert unter Berücksichtigung dieser Verzögerung einen entsprechenden Zylinder kennzeichnet (vgl. Fig. 1).

Die Verwendung des Speichers zum Speichern der Anzahl der Flammenaustritte wird nachfolgend anhand des Flußdiagramms gemäß Fig. 8 erläutert.

Wenn der Verbrennungsmotor in Schritt 401 gestartet wird, wird in Schritt 402 ein Löschvorgang durchgeführt, um alle Funktionen zu löschen. Jedesmal, wenn von einem bestimmten Zylinder ein Flammenaustritt hervorgerufen wird, wird in Schritt 403 eine "1" in denjenigen Speicher zum Speichern der Anzahl der Flammenaustritte addiert, der für diesen bestimmten Zylinder vorgesehen ist.

In Schritt 405 wird geprüft, ob die Anzahl der Zündungen mit einer in Schritt 404 zuvor festgesetzten Anzahl von Zündungen übereinstimmt. In Schritt 405 wird geprüft, ob die Anzahl der Zündungen die zuvor festgesetzte Anzahl von Zündungen erreicht hat oder nicht. Wenn das Ergebnis dieses Vergleichs "Nein" ist, kehrt das Programm zu dem Addierschritt 403 zurück. Wenn das Ergebnis des Vergleichs 405 "Ja" ist, wird das Flammenaustritts-Verhältnis der Anzahl der Flammenaustritte zu der Anzahl der Zündungen von allen Zylindern in Schritt 406 berechnet. In Schritt 407 wird geprüft, ob das Flammenaustritts-Verhältnis gleich groß oder größer als ein vorbestimmter kritischer Wert ist oder nicht.

Wenn das Ergebnis des Vergleichs gemäß Schritt 407 "Nein" ist, springt das Programm zurück zu dem oben erwähnten Schritt 402, in welchem alle Funktionen gelöscht bzw. zu Null gesetzt werden. Wenn das Ergebnis des Vergleichs "Ja" ist, wird der Inhalt des Speichers für die Anzahl der Flammenaustritte in einen Speicher zum dauerhaften Speichern übertragen, die Kraftstoffzufuhr wird unterbunden und die Störung wird in Schritt 408 dem Fahrer durch eine Warnvorrichtung wie eine Alarmlampe oder ähnliches gemeldet.

Die Inhalte des oben erwähnten dauerhaften Speichers werden zum Zeitpunkt der Wartung in einem Reparatur- oder Serviceunternehmen abgelesen und werden als Daten für die Diagnose von Fehlern verwendet. Nicht nur die nach Erkennen des Flammenaustritts betätigte Kraftstoff-Absperregelung, sondern auch eine feste Einspritzregelung zum Festlegen einer eingespritzten Kraftstoffmenge auf einen bestimmten konstanten Wert kann für den Fall durchgeführt werden, wenn beispielsweise das Flammenaustritts-Verhältnis größer als der kritische Wert ist.

Demzufolge wird das Ausgangssignal des A/F-Sensors 158, wenn die Änderung Δ A/F gleich oder größer als der kritische Flammenaustritts-Erkennungsbetrag DAF ist, mit dem Ausgangssignal von dem Einlaßdruck-Sensor 72 durch die Regeleinrichtung 160 verglichen. Wenn sich der Änderungsbetrag Δ A/F nicht im wesentlichen in dem selben Verhältnis wie das Ausgangssignal des Einlaßdruck-Sensors 72 ändert, wird festgestellt, daß der Verbrennungsmotor sich in einem Flammenaustritts-Zustand befindet. Dadurch wird ein Flammenaustritt schnell erkannt. Auf Grund dessen wird der Betrieb des Kraftstoffsystems geregelt und das Auftreten von Flammenaustritten kann verhindert werden, wodurch auch verhindert wird, daß eine größere Menge von unverbranntem Gas in die Atmosphäre entlassen wird und eine Wirksamkeitsverschlechterung oder eine Beschädigung der Katalysatorvorrichtung 50 durch einen Flammenaustritt kann verhindert werden, wodurch sich die Haltbarkeit und die wirksame Lebensdauer der Katalysatorvorrichtung verlängert sowie ein hoher Reinheitsgrad des Abgases gewährleistet ist.

Der Flammenaustritt kann für den gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors ermittelt werden, so daß die Wirksamkeit der Flammenaustritts-Erkennungsvorrichtung verbessert werden konnte.

Darüber hinaus, weil der Flammenaustritt durch bereits vorhandene Sensoren ohne das Bereitstellen von neuen Spezialsensoren erkannt werden kann, ist die Konstruktion sehr einfach. Die Vorrichtung kann daher leicht hergestellt werden und die Kosten können reduziert werden, was wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erkennen eines Flammenaustritts bei einem Verbrennungsmotor, umfassend:

• - einen Drehzahlsensor für die Motordrehzahl,
• - eine λ-Sonde zum Wahrnehmen des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses im Abgas des Motors,
• - eine Einrichtung zum Wahrnehmen der Motorlast und
• - eine Regeleinrichtung, die die Reaktionszeit (T₀) der λ-Sonde aufgrund der Motordrehzahl und der Motorlast bestimmt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Flammenaustritt wahrnimmt, wenn

• - die λ-Sonde ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch meldet und
• - sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht im gleichen Verhältnis wie die Motorlast ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Motor eine Anzahl von Zylindern aufweist, und eine Zylinder-Erkennungseinrichtung zum Erkennen desjenigen Zylinders vorgesehen ist, welcher für den Flammenaustritt verantwortlich ist, und die Regeleinrichtung mit einer Speichervorrichtung versehen ist, welche derart ausgebildet ist, daß die Anzahl der von jedem Zylinder hervorgerufenen Flammenaustritte aufaddiert und gespeichert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Zylinder- Erkennungseinrichtung mit einer Vorrichtung versehen ist, welche die Identifikation eines den Flammenaustritt verursachenden Zylinders während eines Zündintervalls erlaubt, in welchem auch ein anderer der Zylinder gezündet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor eine Anzahl von Zylindern aufweist, wobei die Regeleinrichtung mit Vorrichtungen versehen ist, die zum Berechnen der Gesamtzahl der während einer vorbestimmten Anzahl von Zündungen auftretenden Flammenaustritte ausgebildet ist; und Fehleranzeigevorrichtungen vorgesehen sind, die dann einen Fehler anzeigen, wenn das Verhältnis der Flammenaustritte zu der Anzahl der Zündungen der Zylinder einen vorbestimmten Wert überschreitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Maschinenlast- Sensoreinrichtung einen Einlaßdruck-Sensor aufweist, der den im Ansaugstutzen des Verbrennungsmotors herrschenden Druck erfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung mit Vorrichtungen versehen ist, die auf den A/F-Sensor reagieren, um einen ersten Zeitpunkt zu bestimmen, bei welchem das Luft-/Kraftstoff-Gemisch fetter wird, wobei dieser erste Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt des anfänglichen Erkennens des Flammenaustritts liegt, und die Regeleinrichtung mit Vorrichtungen versehen ist, die einen ersten Zeitraum ermitteln, welcher zwischen dem Zeitpunkt des anfänglichen Erkennens des Flammenaustritts und dem besagten ersten Zeitpunkt verstrichen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Regeleinrichtung mit Vorrichtungen zum Dividieren des ersten Zeitraums durch die Antwortzeit des A/F-Sensors versehen ist, um einen Quotienten zu erhalten, und Vorrichtungen zum Vergleichen dieses Quotienten mit einem vorbestimmten Wert hat.