DE4207139A1 - Fehlzuendungsdetektorsystem fuer verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fehlzündungsdetek­ torsystem zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das sich insbesondere zur Detektierung einer mit dem Kraftstoffzufuhrsystem zusammenhängenden Fehlzündung eignet.

In einem Verbrennungsmotor wird generell die durch die Zünd­ spule erzeugte Hochspannung (Zündspannung) des Motors sequentiell über einen Verteiler auf die Zündkerzen der Zylinder des Motors verteilt, um eine den Verbrennungs­ kammern zugeführte Mischung zu zünden. Findet bei einer oder mehreren Zündkerzen eine normale Zündung nicht statt, d. h. tritt eine Fehlzündung auf, so führt dies zu verschiedenen Nachteilen, wie bespeilsweise einer Beeinträchtigung der Fahreigenschaften und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch. Weiterhin kann es zu einem sog. Nachbrennen von unverbrann­ tem Kraftstoffgas im Auspuffsystem des Motors führen, was eine Erhöhung der Temperatur eines Katalysators einer im Auspuffsystem angeordneten Abgas-Reinigungseinrichtung führt. Es ist daher wichtig, das Auftreten einer Fehlzündung zu verhindern. Fehlzündungen werden größtenteils nach ihrer Herkunft, nämlich bedingt durch das Kraftstoffzufuhrsystem oder bedingt durch das Zündsystem klassifiziert. Dem Kraft­ stoffzufuhrsystem zuzuordende Fehlzündungen sind durch die Zufuhr durch einer mageren oder fetten Mischung zum Motor bedingt, während dem Zündsystem zuzuordnende Fehlzündungen durch einen Zündausfall (sog. Fehlzündung) bedingt sind, d. h. an der Zündkerze findet eine normale Zündentladung nicht statt. Dies ist die Folge einer Verrußung oder eines Feuchtwerdens der Zündkerze mit Kraftstoff, speziell durch Adhäsion von Kohlenstoff im Kraftstoff an der Zündkerze, was zu einem Leckstrom zwischen den Elektroden der Zündkerze oder einer Fehlfunktion in der Zündschaltung führt.

Verteilerkontakte im Vergleich zum Zündausfall bei eintre­ tender Zündung größer ist.

Das konventionelle Fehlzündungsdetektorsystem basiert je­ doch lediglich auf der Frequenz der Dämpfung der durch die Zünschaltung erzeugten Oszillatorspannung, d. h. darauf, ob zwischen den Elektroden der Zündkerze eine Entladung auf­ tritt oder nicht. Das konventionelle System kann daher nicht unterscheiden, ob eine detektierte Fehlzündung einem Grund im Kraftstoffzufuhrsystem oder im Zündsystem zuzuordnen ist. Im Falle des Kraftstoffzufuhrsystems kann nämlich die Mi­ schung aufgrund ihres mageren oder fetten Zustandes nicht gezündet werden, obwohl eine Entladung tatsächlich stattge­ funden hat. Daher kann ein zufriedenstellender und sofor­ tiger Ausfallbeseitigungsvorgang nicht stattfinden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fehlzündungsdetektorsystem für Verbrennungsmotoren anzuge­ ben, mit dem eine dem Kraftstoffzufuhrsystem zuzuordnende Fehlzündung genau detektiert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Fehlzündungsdetektorsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Fehlzündungs-Bestimmungsschaltung eine Meßschaltung zur Messung der Dauer der Entladung von der Zeit der Erzeugung des Zündbefehlssignals an auf der Basis des Ausgangssignals von der Spannungswert-Detektorschaltung sowie einen Kompa­ rator zum Vergleich der gemessenen Dauer der Entladung mit einer vorgegebenen Zeitperiode. Die Fehlzündungs-Bestim­ mungsschaltung beurteilt in Abhängigkeit vom Vergleich durch den Komparator, daß eine Fehlzündung im Motor aufgetreten ist, wenn die gemessenen Dauer der Entladung kürzer als die vorgegebene Zeitperiode ist.

Die Meßschaltung bestimmt vorzugsweise einen Referenzspan­ nungswert auf der Basis des Ausgangssignals der Spannungs­ wert-Detektorschaltung, mißt eine Zeitperiode, während wel­ cher die durch die Spannungswert-Detektorschaltung nachfol­ gend detektierte Zündspannung kontinuierlich größer als der festgelegte Referenzspannungswert ist, und nimmt die gemes­ sene Zeitperiode als Dauer der Entladung.

Weiterhin bestimmt die Meßschaltung vorzugsweise den Refe­ renzspannungswert auf der Basis eines Spitzenwertes der durch die Spannungswert-Detektorschaltung detektierten Entladespannung.

Andererseits kann die Meßschaltung den Referenzspannungs­ wert auf der Basis eines integrierten Wertes der durch die Spannungswert-Detektorschaltung detektierten Entladungs­ spannung bestimmen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die Fehlzündungs-Bestimmungsschaltung einen ersten unmit­ telbar nach der Erzeugung des Zündspannungssignals arbei­ tenden Komparator zum Vergleich der durch die Spannungs­ wert-Detektorschaltung detektierten Zündspannung mit einem ersten vorgegebenen Spannungswert, einem zweiten bei Über­ schreiten des ersten vorgegebenen Spannungswertes durch die Zündspannung arbeitenden Komparator zum Vergleich der nach­ folgend durch die Spannungswert-Detektorschaltung detek­ tierten Zündspannung mit einem zweiten vorgegebenen Span­ nungswert, bis eine vorgegebene Zeitperiode nach der Erzeu­ gung des Zündspannungssignals abläuft, sowie eine Beurtei­ lungsschaltung zur Beurteilung, daß eine Fehlzündung im Motor aufgetreten ist, wenn die Zündspannung unterhalb des zweiten vorgegebenen Spannungswertes liegt.

Die vorgegebene Zeitperiode ist auf eine erste Zeitperiode eingestellt, welche geringfügig länger als eine zweite Zeitperiode vom Zeitpunkt der Erzeugung des Zündspannungs­ signals bis zum Zeitpunkt des Auftretens einer auf eine in­ duktive Entladung folgenden kapazitiven Entladung ist. Die zweite Zeitperiode wird angenommen, wenn ein normales Zünden auftritt.

Vorzugsweise werden der erste und zweite vorgegebene Span­ nungswert in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Motors eingestellt.

Die Zündspule umfaßt eine Primärwickung und eine Sekundär­ wickung. Die Zündspannung kann entweder die durch die Pri­ märwicklung erzeugte Primärspannung oder die durch die Se­ kundärwicklung erzeugte Sekundärspannung sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Gesamtanordnung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Fehlzündungsdetektorsystem;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fehlzündungsdetektorsy­ stems für einen Verbrennungsmotor;

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Programms zur Detektierung eines den Kraftstoffzufuhrsystem zuzuordnenden Fehlzündung auf der Basis der Primärspannung (Zündspannung) einer Zündspule nach Fig. 1;

Fig. 4 ein Änderungen der Primärspannung zeigendes Zeit­ taktdiagramm, das zur Erläuterung von dem Kraft­ stoffzufuhrsystem zuzuordnenden Fehlzündungen zweckmäßig ist;

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Programms zur Detektierung einer dem Kraftstoffzufuhrsystem zuzuordnenden Fehlzündung auf der Basis der Sekundärspannung (Zündspannung) der Zündspule;

Fig. 6 ein Änderungen der Sekundärspannung zeigendes Zeittaktdiagramm, das zur Erläuterung von dem Kraftstoffzufuhrsystem zuzuordnenden Fehlzündun­ gen zweckmäßig ist;

Fig. 7 ein Flußdiagramm eines Programms zur Messung einer Entladedauer zur Verwendung bei der Fehlzündungs­ detektierung gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 ein Flußdiagramm eines Programms zur Detektierung einer dem Kraftstoffzufuhrsystem zuzuordnenden Fehlzündung auf der Basis der durch das Programm nach Fig. 7 gewonnenen Entladedauer;

Fig. 9 ein Änderungen der Primärspannung zeigendes Zeit­ taktdiagramm, das zur Erläuterung der Funktion der Programme nach den Fig. 7 und 8 zweckmäßig ist;

Fig. 10 ein Diagramm von Änderungen der durch Integration der Zündspannung gewonnenen Primärspannung; und

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Ausführung der Programme nach den Fig. 7 und 8.

Bei der Gesamtanordnung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Fehlzündungsdetektorsystem nach Fig. 1 ist in einem Ansaugrohr 2 eines Motors 1 ein eine Drosselklappe 3′ aufnehmender Drosselklappenkörper 3 vorgesehen. Ein Dros­ selklappenöffnungs-Sensor 4 (RTH-Sensor) ist mit der Dros­ selklappe 3′ zur Erzeugung eines elektrischen Signals ver­ bunden, das ein Maß für die Drosselklappenöffnung ist.

Dieses Signal wird einer elektronischen Steuereinheit 5 (im folgenden mit "ECU" bezeichnet) zugeführt.

Kraftstoffeinspritzventile 6 für die Zylinder sind im An­ saugrohr an Stellen zwischen dem Motor 1 und dem Drossel­ klappenkörper 3 sowie in Strömungsrichtung gerinfügig vor einem nicht dargestellten Ansaugventil angeordnet. Diese Kraftstoffeinspritzventile 6 sind mit einer nicht darge­ stellten Kraftstoffpumpe und elektrisch mit der ECU 5 ver­ bunden, wodurch die Ventilöffnungsperioden durch Signale von dieser gesteuert werden.

Mit dem Inneren des Ansaugrohrs 2 steht über eine Leitung 7 an einer Stelle in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Drosselklappe 3′ ein Ansaugrohrabsolutdruck-Sensor 8 (PBA- Sensor) in Verbindung, der ein ein Maß für den erfaßten Ab­ solutdruck darstellendes elektrisches Signal zur ECU 5 lie­ fert. In das Ansaugrohr 3 ist an einer Stelle in Strömungs­ richtung hinter dem Ansaugrohrabsolutdruck-Sensor 8 ein An­ saugrohrtemperatur-Sensor 9 (TA-Sensor) eingesetzt, der ein ein Maß für die erfaßte Ansaugrohrtemperatur TA darstellen­ des elektrisches Signal zur ECU 5 liefert.

Ein im Zylinderblock des Motors 1 montierter Motorkühlmit­ teltemperatur-Sensor 10 (TW-Sensor) liefert ein ein Maß für die erfaßte Motorkühlmitteltemperatur TW darstellendes elek­ trisches Signal zur ECU 5.

Gegenüber einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle des Mo­ tors 1 (beide nicht dargestellt) sind ein Motordrehzahl- Sensor 11 (NE-Sensor) und ein Zylinderunterscheidungssensor 12 (CYL-Sensor) vorgesehen. Der Motordrehzahl-Sensor 11 erzeugt einen Impuls als TDC-Signalimpuls bei vorgegebenen Kurbelwinkeln, wenn sich die Kurbelwelle um 180° dreht, wäh­ rend der Zylinderunterscheidungssensor 12 einen Impuls bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel eines speziellen Zylinders des Motors liefert. Diese Impulse werden der ECU 5 zuge­ führt.

In einem mit dem Zylinderblock des Motors 1 verbundenen Aus­ puffrohr 13 ist ein Dreiwegekatalysator 14 zur Reinigung von giftigen Komponenenten, wie beispielsweise HC, CO und NO_X vorgesehen. Im Auspuffrohr 13 ist an einer Stelle in Strö­ mungsrichtung vor dem Dreiwegekatalysator 14 ein O₂-Sensor 15 als Auspuffgas-Bestandteilkonzentrationssensor (im fol­ genden als "LAF-Sensor" bezeichnet) montiert, der für die ECU 5 ein elektrisches Signal mit einem Pegel liefert, der etwa proportional zur Sauerstoffkonzentration in den Aus­ puffgasen ist.

Weiterhin ist im Motor 1 eine Zündeinrichtung 16 vorgese­ hen, welche eine Zündspule sowie im folgenden angesprochene Zündkerzen enthält und durch ein Zündbefehlssignal A von der ECU 5 eine Bogenzündung bewirkt.

Die ECU 5 enthält eine Eingangsschaltung 5a mit Funktionen der Signalformung von Eingangssignalen von den vorstehend genannten verschiedenen Sensoren, der Verschiebung der Span­ nungspegel von Sensorausgangssignalen auf einen vorgegebe­ nen Pegel, der Umsetzung von Analogsignalen von Sensoren mit analogem Ausgang in Digitalsignale, usw., eine zentrale Ver­ arbeitungseinheit 5b (im folgenden "CPU" genannt), eine Speicheranordnung 5c zur Speicherung verschiedener durch die CPU 5b abzuarbeitender Betriebsprogramme sowie zur Speiche­ rung von Berechnungsergebnissen, usw., eine Ausgangsschal­ tung 5d, welche Treibersignale und das Zündbefehlssignal A für die Kraftstoffeinspritzventile 6 und die Zündeinrichtung 16 liefert, sowie eine im folgenden noch zu beschreibende Fehlzündungsdetektorschaltung 5e.

Die CPU 5b arbeitet in Abhängigkeit von den obengenannten Signalen von den Sensoren zur Bestimmung von Betriebsbedin­ gungen, in denen der Motor 1 arbeitet, wobei es sich bei­ spielsweise um einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkoppel­ regelbereich sowie Steuerbereiche handelt. Sie berechnet auf der Basis der bestimmten Motorbetriebszustände die Ventil­ öffnungsperiode bzw. die Kraftstoffeinspritzperiode T_OUT, in der die Kraftstoffeinspritzventile 6 synchron mit der Eingabe der TDC-Signalimpulse in die ECU 5 geöffnet werden sollen.

Weiterhin berechnet die CPU 5b den Zündzeittakt TIG des Mo­ tors auf der Basis des bestimmten Motorbetriebszustandes.

Die CPU 5b führt Berechnungen im oben beschriebenen Sinne durch und speist die Kraftstoffeinspritzventile 6 und die Zündeinrichtung 18 mit Treibersignalen und dem Zündbefehls­ signal A auf der Basis der Berechnungsergebnisse über die Ausgangsschaltung 5d.

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fehlzündungsdetektorsystems. Dieses Fehlzündungsdetektor­ system stellt aus der Größe der durch die Entladung der Zündkerze erzeugten kapazitiven Entladungsspannung fest, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist oder nicht und ob die Fehl­ zündung dem Kraftstoffzufuhrsystem zuzuordnen ist.

Gemäß Fig. 1 ist eine mit einer Versorgungsspannung VB ge­ speiste Eingangsklemme der Zündeinrichtung 16 mit einer Zündspule 21 (Zündeinrichtung) verbunden, welche eine Pri­ märwicklung 21a und eine Sekundärwicklung 21b aufweist. Diese Wicklungen sind an einem Ende miteinander verbunden. Das andere Ende der Primärwickung 21a ist an einem Knoten N1, an dem die Zündspannung (Primärspannung) erzeugt wird, mit dem Kollektor eines Transistors 22 verbunden. Die Basis dieses Transistors 22 ist mit einer Eingangsklemme T2 ver­ bunden, an der das Zündbefehlssignal A zugeführt wird. Der Emitter des Transistors ist geerdet. Das andere Ende der Sekundärwicklung 21b ist an einem Knoten N2, an dem die Zündspannung (Sekundärspannung) erzeugt wird, mit einer Mittelelektrode 23a einer Zündkerze 23 für den jeweiligen Motorzylinder verbunden. Eine Elektrode 23b der Zündkerze 23 ist geerdet. Der Knoten N1 ist mit einem Eingang einer Dämp­ fungsstufe 24 (Spannungswertdetektor) verbunden, während der Knoten N2 mit dem Eingang einer weiteren Dämpfungsstufe 25 (Spannungswertdetektor) verbunden ist. Die Dämpfungsstufen 24 und 25 sind mit ihren Ausgängen über Filter 28, 28 und A/D-Umsetzer 27, 29 der ECU 5 mit der CPU 5b gekoppelt. Die Dämpfungsstufen 24 und 25 sind weiterhin Spannungsteiler, welche die Primär- und Sekundärspannung mit einem entspre­ chenden Verhältnis von 1 : 1000 bzw. 1 : 100 teilen, so daß die Primärspannung von mehreren 100 V auf mehrere Volt geändert wird, während die Sekundärspannung von mehreren 10 kV auf mehrere 10 V geändert wird. Die CPU 5b ist mit der mit dem Zündbefehlsignal A gespeisten Basis des Transistors 25 über die Ausgangsschaltung 5d und über die Eingangsschaltung 5a mit verschiedenen Motorbetriebsparameter-Sensoren (Motorbe­ triebszustand-Detektoren), u. a. dem NE-Sensor 15 und dem PBA-Sensor 8 verbunden. Die CPU 5b bildet eine Signalgenera­ toranordnung, welche den Zündzeittakt auf der Basis der Mo­ torbetriebszustände bestimmt und erzeugt das Zündbefehls­ signal A. Weiterhin bildet sie eine Fehlzündungsbestim­ mungsanordnung, welche bestimmt, ob eine dem Kraftstoffzu­ fuhrsystem zuzuordnende Fehlzündung aufgetreten ist oder nicht.

Die Fig. 4 und 6 zeigen Zeittaktdiagramme der durch die Pri­ märwicklung 21a der Zündspule 21 erzeugten Zündspannung (Primärspannung) bzw. der durch die Sekundärwicklung 21b erzeugten Zündspannung (Sekundärspannung), wobei diese Span­ nungen als Funktion des Zündbefehlssignals A erzeugt werden.

Diese Figuren sind zur Erläuterung von dem Kraftstoffzu­ fuhrsystem zuzuordnenden Fehlzündungen zweckmäßig. Eine aus­ gezogene Kurve zeigt jeweils die Zündspannung bei normal ge­ zündeter Mischung, während eine gestrichelte Kurve jeweils die Zündspannung bei auftretender Fehlzündung zeigt.

Anhand von Fig. 4 wird nachfolgend die in den vorgenannten Fällen erreichbare Zündspannungscharakteristik erläutert.

Zunächst wird die im Falle einer normalen Zündung erreich­ bare Zündspannungscharakteristik anhand der ausgezogenen Kurven erläutert. Wird das Zündbefehlssignal A unmittelbar nach einem Zeitpunkt t0 erzeugt, so steigt die Zündspannung dann auf einen solchen Wert, daß ein dielektrischer Durch­ bruch der Mischung zwischen den Elektroden der Zündkerze, d. h. am Entladungsspalt der Zündkerze (Kurve a) hervorgeru­ fen wird. Übersteigt beispielsweise gemäß Fig. 4 die Zünd­ spannung einen Referenzspannungswert Vfire0 zur Bestimmung einer normalen Zündung, d. h. V<Vfire0, so tritt der di­ elektrische Durchbruch der Mischung ein. Der Entladungszu­ stand verschiebt sich dann von einem kapazitiven Entladungs­ zustand vor dem dielektrischen Durchbruch mit einer sehr kurzen Dauer bei einem Stromfluß von mehreren hundert Ampere zu einem induktiven Entladungszustand mit einer Dauer von mehreren Millisekunden mit einem praktisch konstanten Zünd­ spannungswert bei einem Stromfluß von mehreren zehn Milli­ ampere (Kurve b). Die induktive Entladungsspannung steigt mit einer Druckzunahme im Motorzylinder aufgrund des Kom­ pressionshubes des Kolbens nach dem Zeitpunkt t0 an, da eine höhere Spannung für die induktive Entladung bei zunehmendem Zylinderdruck erforderlich ist. In der Endstufe der indukti­ ven Entladung fällt die Spannung zwischen den Elektroden der Zündkerze unter einen für die Fortführung der induktiven Entladung notwendigen Wert aufgrund der abnehmenden indukti­ ven Energie der Zündspule, so daß die induktive Entladung aufhört und die kapazitive Entladung wieder auftritt. In diesem kapazitiven Entladungszustand steigt die Spannung zwischen den Zündkerzenelektroden wiederum an, und zwar in Richtung der Erzeugung eines dielektrischen Durchbruchs der Mischung. Da die Zündspule 21 dann jedoch einen sehr gerin­ gen Restenergiewert aufweist, ist der Anstiegsbetrag der Spannung klein (Kurve c). Dies ergibt sich daraus, daß der elektrische Widerstand des Entladungsspaltes aufgrund der Ionisierung der Mischung während des Zündens klein ist.

Im folgenden wird die durch die gestrichelten Kurven ange­ gebene Zündspannungscharakteristik erläutert, welche bei einer Fehlzündung auftritt, die dadurch hervorgerufen wird, daß beispielsweise dem Motor eine magere Mischung zugeführt wird, oder die Kraftstoffzufuhr zum Motor aufgrund eines Ausfalls des Kraftstoffzufuhrsystems unterbrochen wird. Un­ mittelbar nach dem Zeitpunkt t0 der Erzeugung des Zündbe­ fehlsignals A steigt die Zündspannung über einen Pegel, wel­ cher zu einem dielektrischen Durchbruch der Mischung führt. In diesem Falle ist das Verhältnis der Luftanteile in der Mischung größer als für den Fall einer Mischung mit einem Luft-/Kraftstoffverhältnis nahe dem stoichiometrischen Ver­ hältnis, so daß die dielektrische Festigkeit der Mischung entsprechend hoch ist. Da die Mischung nicht gezündet wird, wird sie auch ionisiert, so daß der elektrische Widerstand des Entladungsspaltes der Kerze hoch ist. Die dielektrische Durchbruchsspannung wird daher höher als im Fall einer nor­ malen Zündung der Mischung (Kurve a′), wie dies aus Fig. 4 hervorgeht.

Die Zündspannung V übersteigt daher einen Referenzspan­ nungswert Vmis1 zur Bestimmung einer dem Kraftstoffzufuhr­ system zuzuordnenden Fehlzündung (V<Vmis1). Danach ver­ schiebt sich der Entladungszustand zu einem induktiven Ent­ ladungszustand wie im Fall der normalen Zündung (Kurve b′). Auch ist der elektrische Widerstand des Entladungsspaltes der Kerze im Fall etwa der Zuführung einer mageren Mischung größer als im Fall einer normalen Zündung, so daß die in­ duktive Entladungsspannung im Vergleich zur normalen Zün­ dung auf einen höheren Wert ansteigt, was zu einer früheren Verschiebung vom induktiven Entladungszustand zum kapaziti­ ven Entladungszustand führt. Die kapazitive Entladungsspan­ nung beim Übergang vom induktiven Entladungszustand zum ka­ pazitiven Entladungszustand ist weit höher als bei normaler Zündung (Kurve c′), weil die Spannung des dielektrischen Durchbruchs der Mischung größer als bei normaler Zündung ist und weil die Zündspule aufgrund der früheren Beendigung der induktiven Entladung (d. h. die Entladungsdauer ist kürzer) noch einen beträchtlichen Restenergiebetrag enthält. Unmit­ telbar nach Beendigung der kapazitiven Entladung nimmt daher die Restenergie der Spule plötzlich ab, wobei auch die Zünd­ spannung plötzlich auf nahe Null Volt (Kurve c′) fällt.

Erfindungsgemäß wird die Tatsache ausgenutzt, daß für den Fall des Auftretens einer dem Kraftstoffzufuhrsystem zuzu­ ordnenden Fehlzündung (im folgenden als "FI-Fehlzündung" bezeichnet) die Zündspannung früher als im Fall der norma­ len Zündung auf nahezu Null Volt fällt.

Wie die Fig. 4 und 6 zeigen besitzt die durch die Sekundär­ wicklung 21b der Zündspule 21 erzeugte Zündspannung (Sekun­ därspannung) nahezu die gleiche Charakteristik wie die oben beschriebene durch die Primärwicklung 21a der Zündspule 21 erzeugte Zündspannung (Primärspannung). Von einer Erläute­ rung der Sekundärspannungscharakteristik wird daher abgese­ hen.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Fehlzündungsdetek­ torschaltung nach Fig. 2 auf der Basis der Primärspannung der Zündspule 21 anhand der Fig. 3 und 4 erläutert. Fig. 3 zeigt ein Programm zur Detektierung einer dem Kraftstoffzu­ fuhrsystem zuzuordnenden Fehlzündung mittels der Schaltungs­ anordnung nach Fig. 2. Dieses Programm wird in vorgegebenen festen Zeitintervallen abgearbeitet.

Zunächst wird in einem Schritt S1 bestimmt, ob ein Zu­ standssignal IG, das anzeigt, ob das Zündbefehlssignal A erzeugt worden ist oder nicht, auf einen Wert von 1 gesetzt. Das Zustandssignal IG zeigt beim Setzen von 1 an, daß das Signal A erzeugt worden ist. Das Zustandssignal IG wird somit bei Erzeugung des Signals A auf 1 und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitperiode durch ein sich vom Programm nach Fig. 3 unterscheidendes Programm, beispielsweise ein Zündzeittakt-Berechnungsprogramm auf 0 rückgesetzt. Wurde das Zündbefehlssignal A nicht erzeugt, so ist die Antwort auf die Frage im Schritt S1 negativ (Nein), wobei das Programm zu Schritten S2, S3 und S4 fortschreitet, in denen ein Zeitgeber in der ECU 5, welcher die nach der Erzeugung des Zündbefehlssignals A abgelaufenen Zeit mißt, auf eine vorgegebene Zeitperiode Tmis1 gesetzt und gestartet wird und sowohl ein Zustandssignal Zündung und das Zustandssignal IG auf 0 gesetzt werden, wonach das Programm beendet wird. Die vorgegebene Zeitperiode Tmis1 wird auf eine Zeitperiode gesetzt, welche geringfügig länger als eine Zeitperiode vom Zeitpunkt der Erzeugung des Zündbefehlssignals A bis zum Zeitpunkt des Auftretens der auf die induktive Entladung folgenden kapazitiven Entladung ist. Die letztgenannte Zeitperiode wird für eine normale Zündung angenommen und in Abhängigkeit von den Betriebszuständen (Betriebsparame­ terwerte) des Motors 1 aus einer Tabelle ausgelesen.

Wenn das Zündbefehlssignal A erzeugt worden ist und damit das Zustandssignal IG auf 1 gesetzt ist, so schreitet das Programm vom Schritt S1 zu einem Schritt S5 fort, um zu bestimmen, ob die Zündspannung V den Referenzspannungswert (erster vorgegebener Spannungswert) Vfire0 überschritten hat oder nicht (siehe Fig. 4). Der Referenzspannungswert Vfire0 wird in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen, beispiels­ weise der Motordrehzahl, der Motorlast, der Batteriespannung oder der Motortemperatur aus einer Tabelle ausgelesen. Ein weiterer im folgenden noch zu erläuternder Spannungswert Vfire1 wird ebenfalls als Funktion von Motorbetriebszustän­ den aus einer Tabelle ausgelesen. Wird die Bedingung VVfire0 im Schritt S5 gehalten, so schreitet das Pro­ gramm zu einem Schritt S6 fort, in dem bestimmt wird, ob das Zustandssignal Zündung einen Wert von 1 annimmt oder nicht. Nimmt dieses Signal des Wert 1 nicht an, so wird das Pro­ gramm unmittelbar beendet. Ist dies jedoch der Fall, so schreitet das Programm zu einem Schritt S8 fort. Gilt im Schritt S5 V<Vfire0, so schreitet das Programm zu einem Schritt S7 fort, in dem das Zustandssignal Zündung auf 1 ge­ setzt wird. Sodann schreitet es zum Schritt S8 fort, um zu bestimmen, ob die vorgegebene Zeitperiode Tmis1 vom Zeit­ punkt der Erzeugung des Zündbefehlssignals A abgelaufen ist oder nicht (Fig. 4). Ist diese Periode abgelaufen, so wird festgelegt, daß es nicht weiter nötig ist, die Detektierung der FI-Fehlzündung durchzuführen, wonach die Schritte S3 und S4 abgearbeitet werden und das Programm beendet wird. Ist die vorgegebene Zeitperiode Tmis1 im Schritt S8 noch nicht abgelaufen, so wird in einem Schritt S9 bestimmt, ob die Zündspannung kleiner als die Referenzspannung (zweiter vor­ gegebener Spannungswert) Vfire1 ist oder nicht. Diese Refe­ renzspannung ist auf einen Wert gesetzt, welcher weit größer als 0 V aber weit kleiner als der Wert der induktiven Entla­ dungsspannung bei normaler Zündung ist. Ist im Schritt S9 V<Vfire1, so wird in einem Schritt S10 festgelegt, daß eine FI-Fehlzündung aufgetreten ist. Gilt jedoch V<Vfire1, so wird festgelegt, daß keine FI-Fehlzündung aufgetreten ist.

Anhand der Fig. 5 und 8 wird im folgenden die Art der Detek­ tierung einer FI-Fehlzündung gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Erfindung erläutert, wobei die FI-Fehlzündung auf der Basis der Sekundärspannung der Zündspule mittels eines Fehlzündungsdetektorsystems gemäß der Erfindung detek­ tiert wird. In den Fig. 5 und 6 entsprechen eine vorgegebene Zeitperiode Tmis1′ sowie Referenzspannungswerte Vfire0′, Vfire1′ und Vmis1′ den Größen Tmis1 sowie Vfire0, Vfire1 und Vmis1 in den Fig. 3 und 4. Die Funktion gemäß Fig. 5 ist die gleiche wie die oben beschriebene Funktion nach Fig. 3 und wird daher nicht noch einmal beschrieben. Die Werte Vfire0 und Vfire0′ können gleich oder voneinander verschieden sein; üblicherweise wird jedoch der Referenzspannungswert Vfire0 kleiner als der Wert Vfire0′ eingestellt.

Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, daß die Programme nach den Fig. 3 und 5 tatsächlich festlegen, ob die Zünd­ spannung V unter den Referenzspannungswert (zweiter vorge­ gebener Wert) Vfire1 (oder Vfire1′) (Fig. 4 und 6) fällt, nachdem sie den Referenzspannungswert (erster vorgegebener Wert) Vfire0 (oder Vfire0′) jedoch vor dem Ablaufen der vor­ gegebenen Zeitperiode Tmis1 (oder Tmis1′) nach Erzeugung des Zündbefehlssignals A überschritten hat und festlegen, daß die normale Zündung stattgefunden hat, wenn die Zündspannung V unter den zweiten vorgegebenen Wert Vfire1 (Vfire1′) ge­ fallen ist.

In der vorstehend beschriebenen Weise kann erfindungsgemäß die Art einer Fehlzündung, d. h. das Auftreten einer FI-Fehl­ zündung genau bstimmt werden, wodurch es möglich wird, die Fehlerstelle in einem frühen Zeitpunkt zu bestimmen und eine geeignete Fehlerverhinderungsaktion durchzuführen.

Die Fig. 7 und 8 zeigen Programme zur Detektierung einer FI- Fehlzündung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfin­ dung. Das Programm nach Fig. 7 wird in vorgegebenen festen Zeitintervallen abbgearbeitet, während das Programm nach Fig. 8 nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitperiode vom Zeit­ punkt der Erzeugung des Zündbefehlsignals A an (beispiels­ weise nach dem Zeitpunkt t₂ in (a) nach Fig. 9 in dem die vorgegebene Zeitperiode Tmis1 bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform abläuft) abgearbeitet wird.

In einem Schritt S11 gemäß Fig. 7 wird bestimmt, ob das Zu­ standssignal IG den Wert 1 annimmt oder nicht. Ist die Ant­ wort negativ (Nein), so wird das Programm unmittelbar be­ endet. Nimmt das Zustandssignal IG den Wert 1 an, so wird ein Spitzenwert der Zündspannung V so wie er ist gehalten (Spitzenhaltung), wobei der gehaltene Spitzenwert mit einem vorgegebenen Wert α<1 multipliziert wird, um eine Refe­ renzspannung Vref₂ zu berechnen (Schritt S12). Die Refe­ renzspannung Vref₂ wird somit auf einen vom gehaltenen Spit­ zenwert der Zündspannung V abhängigen Wert eingestellt, wie dies in (a) in Fig. 9 dargestellt ist. Der gehaltene Spit­ zenwert wird unmittelbar vor dem nächsten Auftreten des Zündbefehlsignals A (in einem Zeitpunkt t1 in (a) von Fig. 9) auf 0 rückgesetzt.

In einem nächsten Schritt S13 wird bestimmt, ob die Zünd­ spannung V größer als die Referenzspannung Vref₂ ist. Ist dies der Fall, so wird der Zählwert eines Dauerzählers, welcher eine Zeitperiode, während welcher V<Vref₂ ge­ halten wird, mißt, in einem Schritt S15 inkrementiert, wäh­ rend der Dauerzähler in einem Schritt S14 gestoppt wird, wenn V<Vref₂ ist, wonach die Beendigung des Programms folgt.

Durch das Programm nach Fig. 7 wird somit eine Entladedauer Tm1 (bei normaler Zündung) oder Tm1′ (bei FI-Fehlzündung ge­ messen.

In einem Schritt S21 gemäß Fig. 8 wird der Zählwert des Dauerzählers, d. h. die Entladedauer Tm1 gelesen und in einem Schritt S22 festgelegt, ob die Entladedauer Tm1 länger als ein Referenzwert Tmref ist oder nicht. Ist die Antwort be­ stätigend (Ja), d. h. ist Tm1<Tmref, so wird in einem Schritt S23 festgelegt, daß eine FI-Fehlzündung aufgetreten ist und sodann in einem Schritt S24 das Zustandssignal IG auf 0 rückgesetzt, worauf die Beendigung des Programms folgt. Gemäß dem Programm nach Fig. 8 wird bei Auftreten einer FI-Fehlzündung die Entladedauer Tm1′ kürzer als der Referenzwert Tmref, wie dies in (b) nach Fig. 9 dargestellt ist, so daß es möglich wird, das Auftreten der FI-Fehlzün­ dung zu detektieren.

In der vorstehend beschriebenen Weise wird bei dieser Aus­ führungsform die Referenzspannung Vref₂ auf der Basis der Zündspannung V eingestellt. Daher kann die Entladedauer Tm1 selbst bei sich mit einer Änderung des Betriebszustandes des Motors ändernder Zündspannung V genau bestimmt werden, um die Genauigkeit der Detektierung einer FI-Fehlzündung zu verbessern.

Der Zeitpunkt, in dem das Zustandssignal IG auf 1 gesetzt wird, d. h. der Zeitpunkt des Startens der Messung der Ent­ ladedauer-Zeitperiode muß nicht mit dem Zeitpunkt der Er­ zeugung des Zündbefehlssignals A zusammenfallen, da die Meß­ startzeit auf einen Zeitpunkt eingestellt wird, der nahe am Zeitpunkt der Erzeugung des Signals A liegt.

Zwar wird bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Referenzspannung Vref₂ auf der Basis des gehaltenen Spitzenwertes der Zündspannung V eingestellt; dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da sie beispielsweise auch auf der Basis eines integrierten Wertes der Zündspan­ nung V eingestellt werden kann. In diesem abgewandelten Fall zeigt die Spannung Vref₂ eine Charakteristik, die gemäß Fig. 10 mit ablaufender Zeit progressiv zunimmt. Die Entladedauer Tm1 kann jedoch selbst mit einer derartigen Charakteristik ebenso genau wie im vorhergehend beschriebenen Ausführungs­ beispiel bestimmt werden.

Die vorstehend anhand der Fig. 7 und 8 beschriebene Art der Fehlzündungsdetektierung kann auch durch Hardware ausge­ führt werden. Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung (Hardware) zur Durchführung der Fehl­ zündungsdetektierung gemäß den Fig. 7 und 8. Der Ausgang des Filters 26 nach Fig. 2 ist mit dem Eingang einer Spitzen­ wert-Halteschaltung (bzw. einer integrierenden Schaltung) 121 sowie mit einem invertierenden Eingang eines Komparators 124 verbunden. Mit der Spitzenwert-Halteschaltung 121 ist eine Rücksetzschaltung 122 verbunden, welche den gehaltenen Spitzenwert im Zeitpunkt t1 in (a) gemäß Fig. 9 rücksetzt. Die Spitzenwert-Halteschaltung 121 hält einen Spitzenwert der Eingangsspannung vom Filter 26 und liefert den gehalte­ nen Spitzenwert für eine Referenzspannung-Einstellschaltung 123, welche durch einen Widerstandsspannungsteiler gebildet wird, der die Funktion des Multiplizierens des gehaltenen Spitzenwertes mit dem vorgegebenen Wert α (<1) durchführt. Der Ausgang der Schaltung 123 ist mit einem nichtinvertie­ renden Eingang des Komparators 124 verbunden.

Der Komparator 124 erzeugt also einen Ausgangsimpuls, wel­ cher bei Erfüllung der Beziehung V<Vref₂ einen tiefen Pe­ gel annimmt, wie dies in (b) in Fig. 9 dargestellt ist. Der Ausgang des Komparators 124 ist mit einer Pulsdauer-Meß­ schaltung 125 verbunden, welche die Impulsbreite in (b) ge­ mäß Fig. 9, d. h. die Entladedauer Tm1 (Tm1′) mißt. Ein ein Maß für die gemessene Entladedauer Tm1 (Tm1′) darstellendes Ausgangssignal der Meßschaltung 125 wird in eine Fehlzün­ dungsbestimmungsschaltung 126 eingespeist, welche wiederum ein Ausgangssignal erzeugt, welches das Auftreten einer FI- Fehlzündung anzeigt, wenn Tm1 (Tm1′) <Tmref gilt.

Auf diese Weise ist es auch mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 11 möglich, eine FI-Fehlzündung ebenso genau wie mit den Programmen nach den Fig. 7 und 8 zu detektieren. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 11 kann die Spitzenwert-Halte­ schaltung 121 durch eine integrierende Schaltung ersetzt werden, wodurch gleichartige Ergebnisse erzielt werden.

Anstelle der Ausnutzung der Primärspannung der Zündspule 21, wie dies bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform der Fall ist, kann natürlich auch die Sekundärspannung aus­ genutzt werden.

Erfindungsgemäß wird also die Dauer einer an einer Zünd­ kerze auftretenden Entladung auf der Basis eines Ausgangs­ signals der Spitzenwert-Detektorschaltung gemessen und aus der gemessenen Entladedauer bestimmt, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist oder nicht. Das Auftreten einer Fehlzündung kann daher genau detektiert werden, wodurch die Fehlerstel­ le früh detektiert und eine geeignete Fehlervermeidungsmaß­ nahme getroffen werden kann.

Claims (12)

1. Fehlzündungsdetektorsystem zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor (1), der ein wenigstens eine Zündkerze (23) enthaltendes Zündsystem (16) aufweist, mit einer Motorbetriebszustands-Detek­ toreinrichtung (15) zur Detektierung von Betriebspara­ meterwerten des Motors (1), einem Signalgenerator (in 5) zur Festlegung des Zündzeittaktes des Motors (1) auf der Basis der detektierten Betriebsparameterwerte des Motors (1) und Erzeugung eines den festgelegten Zündzeittakt anzeigenden Zündbefehlssignals (A) und mit einer Zündeinrichtung (21, 22) zur Erzeugung einer Zündspannung für die Entladung der wenigstens einen Zündkerze (23), gekennzeichnet durch eine Spannungswert-Detektorschaltung (24, 25) zur De­ tektierung eines von der Zündeinrichtung (21, 22) nach der Erzeugung des Zündbefehlsignals (A) erzeugten Zündspannung, und eine Fehlzündungs-Bestimmungsschaltung (in 5; Fig. 11) zur Bestimmung der Entladedauer der wenigstens einen Zündkerze (23) auf der Basis eines Ausgangssignals der Spannungswert-Detektorschaltung 24, 25) und Bestimmung des Auftretens einer Fehlzündung im Motor (1) auf der Basis der bestimmten Entladedauer.

2. Fehlzündungsdetektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlzündungs-Bestimmungsschal­ tung (in 5; Fig. 11) eine Meßschaltung (in 5; 121, 122, 123) auf der Basis des Ausgangssignals der Span­ nungswert-Detektorschaltung (24, 25) sowie einen Kom­ parator (in 5; 124) zum Vergleich der gemessenen Dauer der Entladung mit einer vorgegebenen Zeitperiode ent­ hält.

3. Fehlzündungsdetektorsystem nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (in 5; 121, 122, 123) einen Referenzspannungswert auf der Basis des Ausgangssignals der Spannungswert-Detektorschal­ tung (24, 25) festlegt, eine Zeitperiode mißt, während welcher die nachfolgend durch die Spannungswert-Detek­ torschaltung (24, 25) detektierte Zündspannung konti­ nuierlich größer als der vorgegebene Referenzspan­ nungswert wird, und die gemessene Zeitperiode als Ent­ ladungsdauer festlegt.

4. Fehlzündungsdetektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (in 5; 121, 122, 123) den Referenzspannungswert auf der Basis eines Spitzenwertes der durch die Spannungs­ wert-Detektorschaltung (24, 25) detektierten Entla­ despannung bestimmt.

5. Fehlzündungsdetektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (in 5; 121, 122, 123) den Referenzspannungswert auf der Basis eines integrierten Wertes der durch die Spannungswert-Detektorschaltung (24, 25) detektierten Entladespannung bestimmt.

6. Fehlzündungsdetektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlzündungs- Bestimmungsschaltung (in 5; Fig. 11) als Ergebnis des Vergleichs durch den Komparator (in 5; 124) festlegt, daß eine Fehlzündung im Motor (1) aufgetreten ist, wenn die gemessene Entladedauer kürzer als die vorge­ gebene Zeitperiode ist.

7. Fehlzündungsdetektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlzündungs- Bestimmungsschaltung (in Fig. 5; Fig. 11) einen ersten unmittelbar nach der Erzeugung des Zündbefehlssignals (A) arbeitenden Komparator zum Vergleich der durch die Spannungswert-Detektorschaltung (24, 25) detektierten Zündspannung mit einem ersten vorgegebenen Spannungs­ wert, einem zweiten bei Übersteigen des ersten vorge­ gebenen Spannungswertes durch die Zündspannung arbei­ tenden Komparator zum Vergleich der nachfolgend durch die Spannungswert-Detektorschaltung (24, 25) detek­ tierten Zündspannung mit einem zweiten vorgegebenen Spannungswert bis zum Ablauf einer vorgegebenen Zeit­ periode nach Erzeugung des Zündbefehlssignals (A) so­ wie eine Festlegungsschaltung zur Festlegung des Auf­ tretens einer Fehlzündung im Motor (1) bei unterhalb des zweiten vorgegebenen Spannungswertes liegenden Zündspannung enthält.

8. Fehlzündungsdetektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Zeitperiode auf eine erste Zeitperiode eingestellt ist, welche geringfügig länger als eine bei normaler Zündung angenommene zweite Zeitperiode vom Zeitpunkt der Erzeugung des Zündbefehlsignals bis zum Zeitpunkt des Auftretens einer auf eine induktive Entladung folgende kapazitive Entladung ist.

9. Fehlzündungsdetektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zwei­ te vorgegebene Spannungswert in Abhängigkeit von Be­ triebszuständen des Motors (1) eingestellt wird.

10. Fehlzündungsdetektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspule (21) eine Primärwicklung (21a) und eine Sekundärwicklung (21b) umfaßt, und daß die Zündspannung die durch die Primärwicklung (21a) erzeugte Primärspannung ist.

11. Fehlzündungsdetektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung die durch die Sekundärwicklung (21a) erzeugte Sekundärspannung ist.

12. Fehlzündungsdetektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlzündung durch ein Kraftstoffeinspritzsystem des Motors (1) bedingt ist.