DE4139204A1 - Fehlzuendungserfassungseinrichtung fuer verbrennungsmotoren - Google Patents
Fehlzuendungserfassungseinrichtung fuer verbrennungsmotorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
Fehlzündungserfassungseinrichtungen für Verbrennungsmotoren.
Zur Erfassung von Fehlzündungen bei Verbrennungsmotoren
sind bereits verschiedene Systeme vorgeschlagen worden.
Beispielsweise schlägt das offengelegte japanische Patent
(Kokai Nr. 58-19 532) eine Einrichtung mit einem
Kurbelwinkelsensor vor, der die Umdrehungsgeschwindigkeit
in einem frühen und einem späteren Zeitpunkt innerhalb des
Arbeitshubes des jeweiligen Zylinders des
Verbrennungsmotors erfaßt. Das Auftreten einer Fehlzündung
wird dann erfaßt, wenn die Differenz der
Umdrehungsgeschwindigkeit zwischen dem frühen und dem
späteren Zeitpunkt innerhalb des Arbeitshubes kleiner als
ein vorbestimmter Wert ist.
Das durch die Fehlzündungen des Verbrennungsmotors
zurückbleibende unverbrannte Gas verunreinigt nicht nur die
Umgebungsluft, sondern kann auch mit dem Katalysator
reagieren, eine anormal hohe Temperatur erzeugen und den
Katalysator verbrennen. Es ist daher erforderlich, das
Auftreten einer Fehlzündung so früh wie möglich zu erfassen
und die fehlerhaft funktionierenden Teile zu reparieren.
Die herkömmliche Methode zur Erfassung von Fehlzündungen
weist jedoch die folgenden Nachteile auf. Obwohl nämlich
zur Steigerung der Erfassungsempfindlichkeit die
Umdrehungsgeschwindigkeitsänderung über ein Zeitintervall
erfaßt wird, in welchem die Veränderung der
Umdrehungsgeschwindigkeit am größen ist, erfaßt die
Einrichtung die Umdrehungsgeschwindigkeit bzw. Abweichung
nur bei feststehenden Winkellagen der Kurbelwelle. Daher
wird die Empfindlichkeit der Einrichtung herabgesetzt, wenn
der Zündzeitpunkt und somit das Zeitintervall, in welchem
die Umdrehungsgeschwindigkeitsänderung am größen ist,
geändert wird. Es sei bemerkt, daß sich der Zündzeitpunkt
über einen Betriebsbereich von etwa fünfzig Grad ändert,
und zwar von etwa vierzig Grad vor Erreichen des oberen
Totpunktes (BTDC), bis zehn Grad nach Durchlaufen des
oberen Totpunktes (ATDC), je nach der
Umdrehungsgeschwindigkeit pro Minute und der Ladung bzw.
Belastung des Motors.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
Fehlzündungserfassungseinrichtung für Verbrennungsmotoren
zu schaffen, welche das Auftreten von Fehlzündungen über
einen weiten Betriebsbereich des Motors mit gesteigerter
Empfindlichkeit erfaßt.
Das genannte Ziel wird gemäß einem ersten Aspekt der
Erfindung durch eine Fehlzündungserfassungseinrichtung für
Verbrennungsmotoren erreicht, die folgende Komponenten
aufweist:
Kurbelwinkelerzeugungsmittel zur Erzeugung von Impulsen bei vorbestimmten winkelintervallen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors;
Zeitmeßmittel zum Messen der Zeitdauer zwischen jedem, aufgrund des Zündzeitpunktsignals bestimmten, Zündzeitpunkt und einem nach dem Zündzeitpunkt auftretenden vorbestimmten Kurbelwinkel, wobei dieser auf der Basis der von den Kurbelwinkelsignalserzeugungsmittels gelieferten Impulsen bestimmt wird; und
Fehlzündungserfassungsmittel zur Erfassung des Auftretens von Fehlzündungen aufgrund einer Veränderung der von den Zeitmeßmitteln gemessenen Zeitdauer.
Kurbelwinkelerzeugungsmittel zur Erzeugung von Impulsen bei vorbestimmten winkelintervallen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors;
Zeitmeßmittel zum Messen der Zeitdauer zwischen jedem, aufgrund des Zündzeitpunktsignals bestimmten, Zündzeitpunkt und einem nach dem Zündzeitpunkt auftretenden vorbestimmten Kurbelwinkel, wobei dieser auf der Basis der von den Kurbelwinkelsignalserzeugungsmittels gelieferten Impulsen bestimmt wird; und
Fehlzündungserfassungsmittel zur Erfassung des Auftretens von Fehlzündungen aufgrund einer Veränderung der von den Zeitmeßmitteln gemessenen Zeitdauer.
Vorzugsweise weisen die Fehlzündungserfassungsmittel weiter
Mittel zur Berechnung der von den Zeitmeßmitteln gemessenen
Differenz zwischen der jeweiligen Zeitdauer des laufenden
und des vorhergehenden Zündzyklus, sowie Mittel zum
Vergleichen der Differenz mit einem vorgegebenen Bezugswert
auf, wobei das Auftreten der fehlzündung erfaßt wird, wenn
die Differenz den Bezugswert überschreitet. Alternativ
weisen die Fehlzündungserfassungmittel folgende Komponenten
auf:
Mittel zur Bestimmung der Umdrehungsperiode der Kurbelwelle;
Rechenmittel zur Berechnung des Verhältnisses zwischen der durch die Zeitmeßmittel jeweils gemessenen Zeitdauer und der Umdrehungsperiode;
Mittel zur Berechnung der von den Berechnungsmitteln berechneten Differenz zwischen den Verhältniswerten eines laufenden und eines vorhergehenden Zündzyklus; und
Mittel zum Vergleichen der Differenz mit einem vorbestimmten Bezugswert, wobei das Auftreten der Fehlzündung erfaßt wird, wenn die Differenz den Bezugswert überschreitet.
Mittel zur Bestimmung der Umdrehungsperiode der Kurbelwelle;
Rechenmittel zur Berechnung des Verhältnisses zwischen der durch die Zeitmeßmittel jeweils gemessenen Zeitdauer und der Umdrehungsperiode;
Mittel zur Berechnung der von den Berechnungsmitteln berechneten Differenz zwischen den Verhältniswerten eines laufenden und eines vorhergehenden Zündzyklus; und
Mittel zum Vergleichen der Differenz mit einem vorbestimmten Bezugswert, wobei das Auftreten der Fehlzündung erfaßt wird, wenn die Differenz den Bezugswert überschreitet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist die
Fehlzündungserfassungseinrichtung für Verbrennungsmotoren
folgende Komponenten auf:
Kurbelwinkelerzeugungsmittel zur Erzeugung von Impulsen bei vorbestimmten Winkelintervallen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors;
Winkelbeschleunigungsbestimmungsmittel zur Bestimmung einer momentanen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Antriebsmotors aufgrund der von den Kurbelwinkelsignalerzeugungsmitteln erzeugten Impulse, wobei die Winkelgeschwindigkeitsbestimmungsmittel eine erste Winkelgeschwindigkeit in der Nähe des durch das Zündzeitpunktsignal bestimmten Zündzeitpunktes, sowie eine zweite Winkelgeschwindigkeit beim Auftreten eines vorbestimmten Kurbelwinkels nach dem Zündzeitpunkt ermitteln; und
Fehlzündungserfassungsmittel zur Erfassung des Auftretens einer Fehlzündung aufgrund der ersten und zweiten, durch die Winkelgeschwindigkeitsbestimmungsmittel ermittelten Winkelgeschwindigkeiten.
Kurbelwinkelerzeugungsmittel zur Erzeugung von Impulsen bei vorbestimmten Winkelintervallen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors;
Winkelbeschleunigungsbestimmungsmittel zur Bestimmung einer momentanen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Antriebsmotors aufgrund der von den Kurbelwinkelsignalerzeugungsmitteln erzeugten Impulse, wobei die Winkelgeschwindigkeitsbestimmungsmittel eine erste Winkelgeschwindigkeit in der Nähe des durch das Zündzeitpunktsignal bestimmten Zündzeitpunktes, sowie eine zweite Winkelgeschwindigkeit beim Auftreten eines vorbestimmten Kurbelwinkels nach dem Zündzeitpunkt ermitteln; und
Fehlzündungserfassungsmittel zur Erfassung des Auftretens einer Fehlzündung aufgrund der ersten und zweiten, durch die Winkelgeschwindigkeitsbestimmungsmittel ermittelten Winkelgeschwindigkeiten.
Vorzugsweise umfassen die Fehlzündungserfassungsmittel
Mittel zur Berechnung der Differenz zwischen der ersten und
der zweiten Winkelgeschwindigkeit in jedem Zündzyklus des
Verbrennungsmotors, sowie Mittel zum Vergleichen der
Differenz mit einem vorbestimmten Bezugswert, wobei ein
Auftreten der Fehlzündung erfaßt wird, wenn die Differenz
kleiner als der Bezugswert ist.
Alternativ umfassen die Fehlzündungserfassungsmittel Mittel
zur Berechnung des Verhältnisses zwischen der ersten und
der zweiten Winkelgeschwindigkeit in jedem Zündzyklus des
Verbrennungsmotors, sowie Mittel zum Vergleichen des
Verhältnisses mit einem vorbestimmten Bezugswert, wobei ein
Auftreten der Fehlzündung erfaßt wird, wenn die Differenz
kleiner als der Bezugswert ist.
Die als kennzeichnend für die Erfindung angesehenen
Merkmale sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen
aufgeführt. Die Struktur und das Betriebsverfahren der
Erfindung selber gehen jedoch am deutlichsten aus der
nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen hervor, deren Hauptgegenstand kurz
folgender ist:
Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung
der Fehlzündungserfassungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung, angewandt auf das
elektronische Steuersystem eines
Kraftfahrzeugmotors, dar;
Fig. 2 stellt für die Einrichtung der Fig. 1 Wellenformen
des Zylinderunterscheidungssignals Sb, des
Motorumdrehungssignals Sc, und des
Kurbelwinkelimpulssignals Sd sowie der Veränderung
des Innendruckes der Motorzylinder dar;
Fig. 3 zeigt Wellenformen des Umdrehungssignals Sc, des
Zündsignals Se, des Kurbelwinkelimpulssignals Sd
in Verbindung mit der Zeitdauer tx, die zur
Erfassung von Fehlzündungen gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 zeigt die Veränderungen der
Umdrehungsgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit)
des Motors und der Zeitdauer tx sowie des
gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwendeten
Verhältnisses tx/T der Zeitdauer tx zur
Umdrehungsperiode T, und zwar in den Fällen, in
denen der Motor normal arbeitet ((a), (b), und
(c)), und in denen ein Zylinder fehlzündet bzw.
aussetzt ((d), (e), und (f));
Fig. 5 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der
von der Steuereinheit gemäß der Erfindung
durchgeführten Steuerung der
Kraftstoffeinspritzung und der Zündung dar;
Fig. 6 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung
eines Verfahrens zur Erfassung des Auftretens von
Fehlzündungen aufgrund der Abweichung
(Veränderung) der jeweiligen Zeitdauer tx gemäß
dem ersten Aspekt der Erfindung dar;
Fig. 7 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung
eines modifizierten Programmablaufes dar, bei dem
das Auftreten von Fehlzündungen aufgrund der
Abweichung (Veränderung) des
Zeit-Perioden-Verhältnisses zwischen der Zeitdauer
tj/T gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung erfaßt wird;
Fig. 8 stellt Wellenformen des Zündsignals Se und des
Kurbelwinkelimpulssignals Sd im Zusammenhang mit
den Impulsperioden t1 und tn des
Umdrehungssignals Sc dar, die bei der Erfassung
von Fehlzündungen gemäß dem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung benutzt werden;
Fig. 9 stellt die Wellenformen der Winkelgeschwindigkeit
und der Veränderungsrate Δωd der
Winkelgeschwindigkeit beim Arbeitshub der
Motorzylinder dar, die gemäß dem zweiten Aspekt
der vorliegenden Erfindung in den beiden Fällen
verwandt werden, in denen der Motor normal
arbeitet ((a) und (b)), und in denen ein Zylinder
aussetzt ((c) und (d));
Fig. 10 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung
eines Programmablaufes dar, bei dem das Auftreten
von Fehlzündungen aufgrund der Veränderung
(zunehmend oder abnehmend) Δωd der
Winkelgeschwindigkeit gemäß dem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung erfaßt werden; und
Fig. 11 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung
eines modifizierten Programmablaufes dar, bei dem
das Auftreten von Fehlzündungen aufgrund des
Verhältnisses zwischen Δωr der
Winkelgeschwindigkeiten gemäß dem zweiten Aspekt
der vorliegenden Erfindung erfaßt werden.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder entsprechende Teile oder Abschnitte.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden
nunmehr die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben.
Fig. 1 stellt das Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer
Fehlzündungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, angewandt auf das elektronsiche Steuersystem
eines Kraftfahrzeugmotors, dar. Gemäß Fig. 1 ist im
Ansaugluftweg eines Vierzylinder-Kraftfahrzeugbenzinmotors
11 ein Luftdurchflußsensor 12 (Thermotyp) angeordnet. Das
vom Luftdurchflußsensor 12 gelieferte Luftdurchflußsignal
Sa wird an eine weiter unten beschriebene Steuereinheit 15
geliefert. Eine Sensoreinheit 13 weist einen
Zylinderunterscheidungssensor 13 1 und einen
Umdrehungssignalsensor 13 2 auf, die jeweils auf der
Nockenwelle des Motors 11 zum Zwecke der Unterscheidung der
Zylinder und der Gewinnung der
Umdrehungsgeschwindigkeitsinformation montiert sind. Das
Zylinderunterscheidungssignal Sb des
Zylinderunterscheidungssensors 13 1 besteht aus Impulsen,
die in einer Folge von jeweils einem Impuls je Umdrehung
der Nockenwelle erzeugt werden. Das Umdrehungssignal Sc
(vgl. Fig. 2) des Umdrehungssignalsensors 13 2 besteht aus
Zyklen von vier Impulsen entsprechend den jeweiligen vier
Zylindern, wobei die ansteigende und die abfallende Flanke
der Impulse den vorbestimmten Winkelstellungen der
jeweiligen Zylinder entsprechen. Das
Zylinderunterscheidungssignal Sb und das Umdrehungssignal
Sc werden an die Steuereinheit 15 geliefert. Weiter sind
Kurbelwinkelerzeugungsmittel 14 mit der Kurbelwelle
verbunden und liefern je Kurbelwinkelgrad einen Impuls Sd
(vgl. Fig. 2). Das Kurbelwinkelimpulssignal Sd wird
ebenfalls in die Steuereinheit 15 eingegeben.
Die Steuerwinkeleinheit 15 weist folgende Komponenten auf:
eine digitale Schnittstelle 15 1, in welche das Zylinderunterscheidungssignal Sb und das Umdrehungssignal Sc eingegeben werden;
eine analoge Schnittstelle 15 2, in welche das Luftdurchflußsignal Sa, etc., eingegeben wird;
eine Zentraleinheit (CPU) bzw. einen Mikrocomputer 15 3, der die Steueroperationen durchführt;
eine Einspritzdüsentreiberschaltung (IDR) 15 4 zum Steuern der Einspritzvorrichtung 16;
eine Zündtreiberschaltung (TDR) 15 5 zum Steuern der Zündeinrichtungen wie beispielsweise die Zündvorrichtung 17 und den Verteiler 18 mit eingebauter Spule; und
eine Alarmleuchtentreiberschaltung (RDR) 15 6 zum Ansteuern der Fehlzündungserfassungsalarmleuchte 19.
eine digitale Schnittstelle 15 1, in welche das Zylinderunterscheidungssignal Sb und das Umdrehungssignal Sc eingegeben werden;
eine analoge Schnittstelle 15 2, in welche das Luftdurchflußsignal Sa, etc., eingegeben wird;
eine Zentraleinheit (CPU) bzw. einen Mikrocomputer 15 3, der die Steueroperationen durchführt;
eine Einspritzdüsentreiberschaltung (IDR) 15 4 zum Steuern der Einspritzvorrichtung 16;
eine Zündtreiberschaltung (TDR) 15 5 zum Steuern der Zündeinrichtungen wie beispielsweise die Zündvorrichtung 17 und den Verteiler 18 mit eingebauter Spule; und
eine Alarmleuchtentreiberschaltung (RDR) 15 6 zum Ansteuern der Fehlzündungserfassungsalarmleuchte 19.
Die Steuereinheit 15 steuert den Zündzeitpunkt und die
Kraftstoffeinspritzung optimal entsprechend dem
Betriebszustand des Motors 11. Weiter bestimmt die
Steuereinheit 15 die Zeitdauer tx zwischen dem
Zündzeitpunkt (der durch das an die Zündeinrichtungen
gelieferte Zündsignal Se (vgl. Fig. 2) bestimmt wird) und
dem vorbestimmten Kurbelwinkel, bzw. das Verhältnis tx/T,
wobei T die Umdrehungsperiode der Kurbelwelle ist. Aufgrund
der Veränderung der Zeitdauer tx bzw. des Verhältnisses
tx/T zwischen der Zeitdauer tx und der
Umdrehungsperiode T ermittelt die Steuereinheit 15 den von
Fehlzündungen betroffenen Zylinder und erfaßt das Auftreten
der Fehlzündung in der weiter unten beschriebenen Weise.
Wenn eine Fehlzündung erfaßt ist, schaltet die
Steuereinheit 15 die Fehlzündungserfassungsalarmleuchte 19
über die Alarmleuchtentreiberschaltung (RDR) 15 6 an.
Die Steuereinheit 15, genauer gesagt der Mikrocomputer
15 3, ermittelt den oberen Totpunkt (TDC) zwischen dem
Kompressions- und dem Arbeitshub der jeweiligen Zylinder
mit absteigender Flanke des Umdrehungssignals Sc, wie Fig.
2 zeigt. Weiter wird mit ansteigender Flanke des
Umdrehungssignals Sc ein einzelner Zylinder unterschieden
(Zylinder #1 in Fig. 2), wobei die ansteigende Flanke mit
dem hohen Pegel des Zylinderunterscheidungssignals Sb
zusammentrifft. Andere Zylinder werden nacheinander in
Übereinstimmung mit der Folge der Zündspannungsverteilung
unterschieden.
Wie durch die Wellenform am unteren Ende der Fig. 2
dargestellt ist, steigt nach dem Zünden der Innendruck in
den jeweiligen Zylindern, falls der fragliche Zylinder
normal zündet, rasch an, wie bei A für den Zylinder #4
dargestellt ist. Wenn andererseits in dem betreffenden
Zylinder eine Fehlzündung auftritt, wie dies in Fig. 2 bei
B für den Zylinder #2 angegeben ist, erfolgt der Anstieg
des Innendruckes im Zylinder nur langsam (und damit erfolgt
auch die Zunahme der Umdrehungsgeschwindigkeit langsam), da
der Zylinder im falschen Zeitpunkt gezündet wurde.
Gemäß der Erfindung wird also das Auftreten einer
Fehlzündung durch Erfassen des Zündzeitpunktes aufgrund des
Zündsignals Se und Messung des Zeitintervalls tx vom
Zündzeitpunkt bis zum vorbestimmten Kurbelwinkel erfaßt.
Fig. 3 zeigt Wellenformen des Umdrehungssignals Sc, des
Zündsignals Se, des Kurbelwinkelimpulssignals Sd, in
Verbindung mit der Zeitdauer tx, die zur Erfassung von
Fehlzündungen entsprechend dem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Zeitdauer tx,
beginnend beim Zündzeitpunkt und bestimmt durch das
Zündsignal Se bis zum vorbestimmten Kurbelwinkel, wird nach
der Zündung gemessen. Wenn die Abweichung bzw. Änderung der
Zeitdauer tx einen vorbestimmten Wert überschreitet,
weist dies auf das Auftreten einer Fehlzündung hin, die
erfaßt wird. Alternativ kann anstelle von tx das
Verhältnis tx/T der Zeitdauer tx zur Umdrehungsperiode
T des Umdrehungssignals Sc verwendet werden. Dabei wird das
Verhältnis tx/T für jeden Umdrehungszyklus berechnet; und
wenn die Abweichung bzw. Veränderung des Verhältnisses
einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird das Auftreten
einer Fehlzündung erfaßt.
Fig. 4 zeigt Änderungen der Umdrehungsgeschwindigkeit
(Winkelgeschwindigkeit) des Motors und der Zeitdauer tx
sowie des Verhältnisses tx/T der Zeitdauer tx zur
Umdrehungsperiode T, das gemäß dem ersten Aspekt der
Erfindung in den Fällen angewandt wird, in denen der Motor
normal arbeitet ((a), (b), und (c)), und in den Fällen, in
denen ein Zylinder nicht zündet ((d), (e), und (f)). Aus
der Wellenform von tx bzw. tx/T, wie sie in Fig. 4 für
die Fälle (e) und (f) dargestellt ist, kann geschlossen
werden, daß der Zylinder #2 von einer Fehlzündung betroffen
ist. Die Abweichung bzw. Veränderung der Zeitdauer tx
bzw. des Verhältnisses tx/T nimmt zu, wenn ein Zylinder
nicht zündet. Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird
also das Auftreten einer Fehlzündung aufgrund der Messung
der Veränderung von tx bzw. tx/T bestimmt.
Fig. 5 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der
Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung durch
die Steuereinheit der Erfindung dar. In Schritt 51
ermittelt die Steuereinheit 15 die Umdrehungszahl pro
Minute N des Motors 11 aus der Periode des
Umdrehungssignals Sc. Dann ermittelt sie in Schritt 52 die
Luftansaugmenge A durch Mittelwertsbildung des
Luftdurchflußsignals Sa, das vom Luftdurchflußsensor 12
ausgegeben wird, über die Umdrehungsperiode; und in Schritt
53 berechnet sie die Ladung A/N des Motors 11 durch
Division der Luftansaugmenge A durch die Umdrehungszahl pro
Minute N.
Weiter berechnet in Schritt 54 die Steuereinheit 15 die
Basisimpulsbreite τB = K # (A/N) der
Kraftstoffeinspritzung, mit K als Konstante, auf der Basis
der wie oben bestimmten Ladung, während sie in Schritt 55
die justierte Einspritzimpulsbreite τ = τB#C bestimmt
(wobei C eine Konstante ist), die in bezug auf verschiedene
Korrekturfaktoren justiert wird. Als nächstes bestimmt die
Steuereinheit 15 in Schritt 56 den Basiszündzeitpunkt
aufgrund einer zweidimensionalen Tabelle in bezug auf die
Umdrehungszahl pro Minute N und die Ladung A/N des Motors;
und im nachfolgenden Schritt 57 steuert sie auf der Basis
der obigen Ermittlung den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt der
Einspritzvorrichtung 16 sowie den Zündzeitpunkt der
Zündvorrichtungen.
Fig. 6 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung eines
Programmablaufes dar, bei dem das Auftreten von
Fehlzündungen auf der Basis der Abweichung (Veränderung)
der Zeitdauer tx entsprechend dem ersten Aspekt der
Erfindung erfaßt wird. In Schritt 61 mißt die Steuereinheit
15 die Zeitdauer tx(Messung des Zeitintervalls) nach dem
Zündzeitpunkt, während sie im nächsten Schritt 62 den
aktuellen Wert tx mit dem vorherigen Wert tx0
vergleicht. In Schritt 63 vergleicht die Steuereinheit 15
die Veränderung tx-tx0 mit einem vorbestimmten
Bezugswert α, um festzustellen, ob die Veränderung den
vorbestimmten Bezugswert α überschreitet oder nicht. Wird
in Schritt 63 die Überschreitung bestätigt, geht das
Programm nach Schritt 64 weiter, in welchem für den
entsprechenden Zylinder die Fehlzündungskennung gesetzt
wird, woraufhin in Schritt 65 die Leuchte zur Anzeige der
Fehlzündungserfassung eingeschaltet wird. Fällt
andererseits in Schritt 63 die Entscheidung negativ aus,
wird die Fehlzündungskennung in Schritt 66 rückgesetzt. In
Schritt 67 wird dann die Warnleucht 19 abgeschaltet. Die
Fehlzündung kann also durch Einschalten der Warnleuchte 19
angezeigt werden.
Fig. 7 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung eines
modifizierten Prozeßablaufes dar, bei dem das Auftreten von
Fehlzündungen aufgrund der Abweichung (Veränderung) der
Zeitdauer tx/T entsprechend dem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung erfaßt wird. Der Prozeßablauf der
Fig. 7 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 6
dadurch, daß die Zeitdauer tx durch die Umdrehungsperiode
T dividiert wird, wobei die Erfassung der Fehlzündung
aufgrund der Veränderung des Verhältnisses tx/T der
Zeitdauer tx zur Periode T erfolgt. Der Ablauf ist im
Prinzip mit demjenigen der Fig. 6 identisch, mit Ausnahme,
daß die Umdrehungsperiode T der Kurbelwelle in Schritt 72
auf der Basis des Umdrehungssignals Sc nach dem
anfänglichen Schritt 71 gemessen wird, und daß das
Verhältnis tx/T der Zeitdauer tx anstelle nur der
Zeitdauer tx benutzt wird. In Schritt 74 wird die
Veränderung des Verhältnisses tx/T-tx0T0 mit einem
vorbestimmten Bezugswert verglichen, der durch den
Parameter β dargestellt ist.
Bisher bezog sich die Beschreibung auf den Fall, daß eine
Fehlzündung aufgrund der Zeitdauer tx zwischen dem
Zündzeitpunkt und einem vorbestimmten Kurbelwinkel erfaßt
wird. Das Auftreten von Fehlzündungen kann aber auch auf
der Basis des Durchschnittswertes der Zeitdauer tx für
die vier Zylinder erfaßt werden: tx = (1/4) Σtxi,
wobei die Summenbildung (Σ) von i = 1 bis 4, also der
Anzahl der Zylinder des Motors, erfolgt.
Der physikalische Aufbau der
Fehlzündungserfassungseinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt
der vorliegenden Erfindung entspricht dem in Fig. 1
dargestellten Aufbau. Gemäß dem zweiten Aspekt bestimmt die
Steuereinheit 15 die Winkelgeschwindigkeit
(Umdrehungsgeschwindigkeit) der Kurbelwelle, jedoch
unmittelbar nach der Zündung und bei einem vorbestimmten
Winkel nach der Zündung (beispielsweise 45°), derart, daß
der von der Fehlzündung betroffene Zylinder aufgrund der
Veränderung (Zunahme oder Abnahme) der
Winkelgeschwindigkeit bzw. des Verhältnisses der
Winkelgeschwindigkeiten erfaßt wird, wie weiter unten im
einzelnen beschrieben wird. Wird eine Fehlzündung erfaßt,
löst die Steuereinheit 15 die
Fehlzündungserfassungswarnleuchte 19 über die
Warnleuchtentreiberschaltung (RDR) 15 6 aus. Wie im Falle
der Fehlzündungserfassungseinrichtung gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung verlaufen die
Wellenformen des Zylinderunterscheidungssignals Sb, des
Umdrehungssignals Sc, des Kurbelwinkelimpulssignals Sd, des
Zündsignals Se und der Veränderung des Innendruckes in den
Zylindern in der in Fig. 2 beschriebenen Weise.
Fig. 8 zeigt Wellenformen des Zündsignals Se und des
Kurbelwinkelimpulssignals Sd im Zusammenhang mit den
Impulsperioden t1 und tn des Umdrehungssignals Sc,
wobei diese Signale zur Erfassung von Fehlzündungen gemäß
dem zweiten Aspekt der Erfindung benutzt werden. Wird die
Impulsperiode des Kurbelwinkelimpulssignals Sd unmittelbar
nach der Zündung mit t1, und die Impulsperiode bei einem
vorbestimmten Winkel n, beispielsweise 45°, nach dem
Zündzeitpunkt mit tn bezeichnet, können die momentane
Winkelgeschwindigkeit ω1 unmittelbar nach der Zündung und
die momentane Winkelgeschwindigkeit ωn bei n Grad nach
dem Zündzeitpunkt durch folgende Gleichungen dargestellt
werden:
ω₁ = 2 π (rad)/|360 (Grad) × t₁ (Sekunde/Grad)| (1)
ωn = 2 π (rad)/|360 (Grad) × tn (Sekunde/Grad)| (2)
ωn = 2 π (rad)/|360 (Grad) × tn (Sekunde/Grad)| (2)
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird das Auftreten
von Fehlzündungen aufgrund der Veränderung
Δωd = ω1-ωn, der Winkelgeschwindigkeit, oder
aufgrund des Verhältnisses Δωr = ωn/ω1, erfaßt,
wobei die genannte Veränderung bzw. das genannte Verhältnis
durch die nachfolgenden Gleichungen dargestellt werden:
Δωd = ω₁ - ωn
= (2 π/360)((1/t₁) - (1/tn)) (3)
= (2 π/360)((1/t₁) - (1/tn)) (3)
Δωr = ωn/ω₁
= t₁/tn (4)
= t₁/tn (4)
Fig. 9 zeigt die Wellenformen der Winkelgeschwindigkeit und
der Änderungsraste Δωd der Winkelgeschwindigkeit während
des Arbeitszyklus der Zylinder des Motors, wobei diese
Variablen entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung in
den beiden Fällen verwendet werden, in denen Motor normal
arbeitet: ((a) und (b)), und in denen ein Zylinder nicht
zündet: ((c) und (d)). Aus der Wellenform von Δωd gemäß
dem Diagramm (e) kann geschlossen werden, daß der Zylinder
#2 von einer Fehlzündung betroffen ist. Die Abweichung der
Veränderung Δωd der Winkelgeschwindigkeit gegenüber dem
Normalwert (in Fig. 9 bei 0 dargestellt) nimmt zu, wenn
ein Zylinder nicht zündet. Gemäß dem zweiten Aspekt der
Erfindung wird also das Auftreten einer Fehlzündung
aufgrund der Messung der Veränderung der
Winkelgeschwindigkeit bestimmt.
Fig. 10 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung eines
Prozeßablaufes dar, bei dem das Auftreten von Fehlzündungen
aufgrund der Veränderung (Zunahme oder Abnahme) Δωd der
Winkelgeschwindigkeit gemäß dem zweiten Aspekt der
Erfindung erfaßt wird. In Schritt 101 mißt die
Steuereinheit 15 die Impulswiederholungsperiode t1 des
Kurbelwinkelimpulssignals Sd unmittelbar nach dem
Zündzeitpunkt, während sie im nächsten Schritt 102 die
Impulswiederholungsperiode tn des
Kurbelwinkelimpulssignals sd mißt, und zwar vom n-ten bis
zum (n+1)-ten Impuls nach der Zündung (vgl. Fig. 8). Da die
Impulswiederholungsperiode des Kurbelwinkelimpulssignals sd
einem festen Winkel (beispielsweise 1°) der Kurbelwelle
entspricht, wird in Schritt 102 die Messung bei einer
vorbestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle
(beispielsweise 45°) nach der Zündung durchgeführt. Weiter
berechnet die Steuereinheit 15 in Schritt 103 mit Hilfe der
obigen Gleichungen (1) und (2) die Winkelgeschwindigkeit
ω1 unmittelbar nach dem Zündzeitpunkt, sowie die
Winkelgeschwindigkeit ωn bei einer vorbestimmten
Winkelstellung der Kurbelwelle nach der Zündung. In Schritt
104 wird die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit
d = ω1-ωn berechnet. Als nächstes vergleicht die
Steuereinheit 15 in Schritt 105 die Veränderung Δωd
mit einem vorbestimmten Bezugspegel -α, um festzustellen,
ob die Veränderung kleiner als der vorbestimmte Bezugspegel
ist oder nicht. Fällt in Schritt 105 die Entscheidung
positiv aus, geht das Programm nach Schritt 106 weiter, in
welchem für den entsprechenden Zylinder die
Fehlzündungskennung gesetzt wird. Danach wird in Schritt
107 die Fehlzündungserfassungswarnleuchte 19 eingeschaltet.
Fällt andererseits in Schritt 105 das Urteil negativ aus,
geht das Programm nach Schritt 108, in welchem die
Fehlzündungskennung rückgesetzt wird. In Schritt 109 wird
dann die Fehlzündungserfassungswarnleuchte 19 abgeschaltet.
Fig. 11 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung eines
modifizierten Prozeßablaufes dar, bei dem das Auftreten von
Fehlzündungen aufgrund des Verhältnisses Δωr der
Winkelgeschwindigkeit entsprechend dem zweiten Aspekt der
Erfindung erfaßt wird. Der Ablauf der Fig. 11 unterscheidet
sich von demjenigen der Fig. 10 dadurch, daß die
Fehlzündungserfassung auf der Basis des Verhältnisses
Δωr = ωn/ω1 der Winkelgeschwindigkeiten
ωn und ω1 anstelle der Veränderung Δωd = ω1-ωn
erfolgt. Im übrigen entspricht der
Prozeßablauf demjenigen der Fig. 10, so daß sich die
Beschreibung erübrigt. Es sei jedoch bemerkt, daß in
Schritt 115 das Verhältnis Δωr mit einem vorbestimmten
Bezugspegel verglichen wird, der durch ß dargestellt wird,
um zu entscheiden, ob das Verhältnis kleiner als der
vorbestimmte Bezugspegel ist oder nicht.
Claims (7)
1. Fehlzündungserfassungseinrichtung für
Verbrennungsmotoren, mit Zündsignalerzeugungsmitteln
zur Erzeugung eines Zündzeitpunktsignals für die
Steuerung der Zündzeitgabe des Verbrennungsmotors,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Fehlzündungserfassungseinrichtung folgende Komponenten
aufweist:
Kurbelwinkelerzeugungsmittel zur Erzeugung von Impulsen bei vorbestimmten Winkelintervallen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors;
Zeitmeßmittel zum Messen der Zeitdauer zwischen jedem, aufgrund des Zündzeitpunktsignals bestimmten, Zündzeitpunkt und einem nach dem Zündzeitpunkt auftretenden vorbestimmten Kurbelwinkel, wobei dieser auf der Basis der von den Kurbelwinkelsignalserzeugungsmitteln gelieferten Impulsen bestimmt wird; und
Fehlzündungserfassungsmittel zur Erfassung des Auftretens von Fehlzündungen aufgrund einer Veränderung der von den Zeitmeßmitteln gemessenen Zeitdauer.
Kurbelwinkelerzeugungsmittel zur Erzeugung von Impulsen bei vorbestimmten Winkelintervallen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors;
Zeitmeßmittel zum Messen der Zeitdauer zwischen jedem, aufgrund des Zündzeitpunktsignals bestimmten, Zündzeitpunkt und einem nach dem Zündzeitpunkt auftretenden vorbestimmten Kurbelwinkel, wobei dieser auf der Basis der von den Kurbelwinkelsignalserzeugungsmitteln gelieferten Impulsen bestimmt wird; und
Fehlzündungserfassungsmittel zur Erfassung des Auftretens von Fehlzündungen aufgrund einer Veränderung der von den Zeitmeßmitteln gemessenen Zeitdauer.
2. Fehlzündungserfassungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter Mittel zur
Berechnung der von den Zeitmeßmitteln gemessenen
Differenz zwischen der jeweiligen Zeitdauer des
laufenden und des vorhergehenden Zündzyklus, sowie
Mittel zum Vergleichen der Differenz mit einem
vorgegebenen Bezugswert aufweist, wobei das Auftreten
der Fehlzündung erfaßt wird, wenn die Differenz den
Bezugswert überschreitet.
3. Fehlzündungserfassungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter folgende
Komponenten aufweist:
Mittel zur Bestimmung der Umdrehungsperiode der Kurbelwelle; Rechenmittel zur Berechnung des Verhältnisses zwischen der durch die Zeitmeßmittel jeweils gemessenen Zeitdauer und der Umdrehungsperiode; Mittel zur Berechnung der von den Berechnungsmitteln berechneten Differenz zwischen den Verhältniswerten eines laufenden und eines vorhergehenden Zündzyklus; und
Mittel zum Vergleichen der Differenz mit einem vorbestimmten Bezugswert, wobei das Auftreten der Fehlzündung erfaßt wird, wenn die Differenz den Bezugswert überschreitet.
Mittel zur Bestimmung der Umdrehungsperiode der Kurbelwelle; Rechenmittel zur Berechnung des Verhältnisses zwischen der durch die Zeitmeßmittel jeweils gemessenen Zeitdauer und der Umdrehungsperiode; Mittel zur Berechnung der von den Berechnungsmitteln berechneten Differenz zwischen den Verhältniswerten eines laufenden und eines vorhergehenden Zündzyklus; und
Mittel zum Vergleichen der Differenz mit einem vorbestimmten Bezugswert, wobei das Auftreten der Fehlzündung erfaßt wird, wenn die Differenz den Bezugswert überschreitet.
4. Fehlzündungserfassungseinrichtung für
Verbrennungsmotoren, mit Zündsignalerzeugungsmitteln
zur Erzeugung eines Zündzeitpunktsignals für die
Steuerung der Zündzeitgabe des Verbrennungsmotors,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Fehlzündungserfassungseinrichtung folgende Komponenten
aufweist:
Kurbelwinkelerzeugungsmittel zur Erzeugung von Impulsen bei vorbestimmten Winkelintervallen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors;
Winkelbeschleunigungsbestimmungsmittel zur Bestimmung einer momentanen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Antriebsmotors aufgrund der von den Kurbelwinkelsignalerzeugungsmitteln erzeugten Impulse, wobei die Winkelgeschwindigkeitsbestimmungsmittel eine erste Winkelgeschwindigkeit in der Nähe des durch das Zündzeitpunktsignal bestimmten Zündzeitpunktes, sowie eine zweite Winkelgeschwindigkeit beim Auftreten eines vorbestimmten Kurbelwinkels nach dem Zündzeitpunkt ermitteln; und
Fehlzündungserfassungsmittel zur Erfassung des Auftretens einer Fehlzündung aufgrund der ersten und zweiten, durch die Winkelgeschwindigkeitsbestimmungsmittel ermittelten Winkelgeschwindigkeiten.
Kurbelwinkelerzeugungsmittel zur Erzeugung von Impulsen bei vorbestimmten Winkelintervallen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors;
Winkelbeschleunigungsbestimmungsmittel zur Bestimmung einer momentanen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Antriebsmotors aufgrund der von den Kurbelwinkelsignalerzeugungsmitteln erzeugten Impulse, wobei die Winkelgeschwindigkeitsbestimmungsmittel eine erste Winkelgeschwindigkeit in der Nähe des durch das Zündzeitpunktsignal bestimmten Zündzeitpunktes, sowie eine zweite Winkelgeschwindigkeit beim Auftreten eines vorbestimmten Kurbelwinkels nach dem Zündzeitpunkt ermitteln; und
Fehlzündungserfassungsmittel zur Erfassung des Auftretens einer Fehlzündung aufgrund der ersten und zweiten, durch die Winkelgeschwindigkeitsbestimmungsmittel ermittelten Winkelgeschwindigkeiten.
5. Fehlzündungserfassungseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter Mittel zur
Berechnung der Differenz zwischen der ersten und der
zweiten Winkelgeschwindigkeit in jedem Zündzyklus des
Verbrennungsmotors, sowie Mittel zum Vergleichen der
Differenz mit einem vorbestimmten Bezugswert aufweist,
wobei ein Auftreten der Fehlzündung erfaßt wird, wenn
die Differenz kleiner als der Bezugswert ist.
6. Fehlzündungserfassungseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter Mittel zur
Berechnung des Verhältnisses zwischen der ersten und
der zweiten Winkelgeschwindigkeit in jedem Zündzyklus
des Verbrennungsmotors, sowie Mittel zum Vergleichen
des Verhältnisses mit einem vorbestimmten Bezugswert
aufweist, wobei ein Auftreten der Fehlzündung erfaßt
wird, wenn die Differenz kleiner als der Bezugswert
ist.
7. Fehlzündungserfassungseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Winkelgeschwindigkeitsbestimmungsmittel die momentane
Winkelgeschwindigkeit auf der Basis einer
Impulswiederholungsperiode der von den
Kurbelwinkelsignalerzeugungsmitteln erzeugten Impulse
bestimmen.
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