DE4139204A1

DE4139204A1 - Fehlzuendungserfassungseinrichtung fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4139204A1
Application number: DE4139204A
Authority: DE
Inventors: Yukinobu Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1991-11-28
Publication date: 1992-07-02
Anticipated expiration: 2011-11-29
Also published as: DE4139204C2; US5191788A

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.

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.

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.

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 t_x, 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 t_x sowie des gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwendeten Verhältnisses t_x/T der Zeitdauer t_x 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 t_x 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 t_n 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 Δω_d 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) Δω_d 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 Δω_r 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.

Die Steuereinheit 15 steuert den Zündzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzung optimal entsprechend dem Betriebszustand des Motors 11. Weiter bestimmt die Steuereinheit 15 die Zeitdauer t_x zwischen dem Zündzeitpunkt (der durch das an die Zündeinrichtungen gelieferte Zündsignal Se (vgl. Fig. 2) bestimmt wird) und dem vorbestimmten Kurbelwinkel, bzw. das Verhältnis t_x/T, wobei T die Umdrehungsperiode der Kurbelwelle ist. Aufgrund der Veränderung der Zeitdauer t_x bzw. des Verhältnisses t_x/T zwischen der Zeitdauer t_x 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 t_x 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 t_x, die zur Erfassung von Fehlzündungen entsprechend dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Zeitdauer t_x, 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 t_x einen vorbestimmten Wert überschreitet, weist dies auf das Auftreten einer Fehlzündung hin, die erfaßt wird. Alternativ kann anstelle von t_x das Verhältnis t_x/T der Zeitdauer t_x zur Umdrehungsperiode T des Umdrehungssignals Sc verwendet werden. Dabei wird das Verhältnis t_x/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 t_x sowie des Verhältnisses t_x/T der Zeitdauer t_x 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 t_x bzw. t_x/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 t_x bzw. des Verhältnisses t_x/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 t_x bzw. t_x/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 τ_B = 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 = τ_B#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 t_x entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung erfaßt wird. In Schritt 61 mißt die Steuereinheit 15 die Zeitdauer t_x(Messung des Zeitintervalls) nach dem Zündzeitpunkt, während sie im nächsten Schritt 62 den aktuellen Wert t_x mit dem vorherigen Wert t_x0 vergleicht. In Schritt 63 vergleicht die Steuereinheit 15 die Veränderung t_x-t_x0 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 t_x/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 t_x durch die Umdrehungsperiode T dividiert wird, wobei die Erfassung der Fehlzündung aufgrund der Veränderung des Verhältnisses t_x/T der Zeitdauer t_x 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 t_x/T der Zeitdauer t_x anstelle nur der Zeitdauer t_x benutzt wird. In Schritt 74 wird die Veränderung des Verhältnisses t_x/T-t_x0T₀ 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 t_x zwischen dem Zündzeitpunkt und einem vorbestimmten Kurbelwinkel erfaßt wird. Das Auftreten von Fehlzündungen kann aber auch auf der Basis des Durchschnittswertes der Zeitdauer t_x für die vier Zylinder erfaßt werden: t_x = (1/4) Σt_xi, 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 t_n 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 t_n bezeichnet, können die momentane Winkelgeschwindigkeit ω₁ unmittelbar nach der Zündung und die momentane Winkelgeschwindigkeit ω_n bei n Grad nach dem Zündzeitpunkt durch folgende Gleichungen dargestellt werden:

ω₁ = 2 π (rad)/|360 (Grad) × t₁ (Sekunde/Grad)| (1)
ω_n = 2 π (rad)/|360 (Grad) × t_n (Sekunde/Grad)| (2)

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird das Auftreten von Fehlzündungen aufgrund der Veränderung Δω_d = ω₁-ω_n, der Winkelgeschwindigkeit, oder aufgrund des Verhältnisses Δω_r = ω_n/ω₁, erfaßt, wobei die genannte Veränderung bzw. das genannte Verhältnis durch die nachfolgenden Gleichungen dargestellt werden:

Δω_d = ω₁ - ω_n
= (2 π/360)((1/t₁) - (1/t_n)) (3)

Δω_r = ω_n/ω₁
= t₁/t_n (4)

Fig. 9 zeigt die Wellenformen der Winkelgeschwindigkeit und der Änderungsraste Δω_d 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 Δω_d gemäß dem Diagramm (e) kann geschlossen werden, daß der Zylinder #2 von einer Fehlzündung betroffen ist. Die Abweichung der Veränderung Δω_d 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) Δω_d 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 t_n 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 ω_n bei einer vorbestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle nach der Zündung. In Schritt 104 wird die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit d = ω₁-ω_n berechnet. Als nächstes vergleicht die Steuereinheit 15 in Schritt 105 die Veränderung Δω_d 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 Δω_r 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 Δω_r = ω_n/ω₁ der Winkelgeschwindigkeiten ω_n und ω₁ anstelle der Veränderung Δω_d = ω₁-ω_n 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 Δω_r 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

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.

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.

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.

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.