DE4218803A1 - Verfahren zur Überwachung des Betriebes einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes einer Brennkraftmaschine auf Zündaussetzer.

Mit zunehmenden Bemühungen zur Verminderung von Schadstoffemissionen ist eine Überwachung des Betriebes von Brennkraftmaschinen auf Zündaussetzer erforderlich, wozu in Zukunft auch gesetzliche Vorschriften zu erwarten sind. Zur Erkennung von Zündaussetzern bzw. Verbrennungsaussetzern ist es bereits bekannt, die Laufunruhe durch die Auswertung der Ausgangssignale von inkremental-Drehzahlgebern unter Umständen in Kombination mit einem Beschleunigungsaufnehmer zu überwachen.

Es ist ferner ein System zur Brenndauerüberwachung bekannt, bei welchem in einer Auswerteschaltung ein zur primärseitig gemessenen Brenndauer analoger Zeitwert erfaßt wird. Dieser Zeitwert wird mit drehzahlabhängigen Zeitgrenzen verglichen. In einem zündungsseitigen Fehlerfall tritt je nach Fehlerart eine Verkürzung bzw. eine Verlängerung der Brenndauer ein, die durch den Vergleich erkannt wird. Bei dieser Auswertung der Brennspannung kann nur ein Fehler des Zündsystems erkannt werden, da die Verbrennung in der Brennkraftmaschine erst nach dem Diagnosezeitpunkt einsetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes einer Brennkraftmaschine auf Zündaussetzer anzugeben, das tatsächlich feststellt, ob eine Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zündimpuls die Zündkerze mit einem weiteren Zündimpuls beaufschlagt wird und daß in Abhängigkeit von der bei dem weiteren Zündimpuls an der Zündspule anstehenden Spannung ein einen Zündaussetzer anzeigendes Signal erzeugt wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich zum Zeitpunkt des weiteren Zündimpulses die Temperatur des Inertgases im Zylinder stark von der Temperatur des Gases bei einem Zündaussetzer unterscheidet. Weiterhin unterscheidet sich die Ladungsbewegung an der Zündkerze. Diese Unterschiede wirken sich auf die Höhe der sekundärseitigen Zündspannung (Zündnadel) und auf den Verlauf der Brennspannung aus, so daß ein Zündaussetzer hiermit erkannt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit nur geringem Mehraufwand gegenüber der üblichen elektronischen Steuerung der Brennkraftmaschine erfolgen, da die Erzeugung des zweiten Zündimpulses und die Auswertung der Spannung mit den ohnehin in einem Zündsteuergerät vorhandenen, gegebenenfalls geringfügig erweiterten, elektronischen Baugruppen vorgenommen werden kann.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine besonders einfache Auswertung des sekundärseitigen Nadelimpulses dadurch, daß die Zündspule wesentlich kürzer bestromt wird, als es bei einem herkömmlichen Zündfunken erforderlich ist. Vorzugsweise wird dabei das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Brennspannung ausgewertet. Bei einer Fehlzündung reicht das in der Spule gespeicherte Energieangebot nicht aus, um ein Abreißen des Funkens zu bewirken. Der Vorgang verläuft funkenfrei, was mit hinreichend bekannten Mitteln primärseitig gemessen werden kann.

Die Diagnosebedingung, ob der Funke abreißt bzw. nicht abreißt, kann infolge des inversen Einflusses von Druck und Temperatur auf das für das Abreißen des Funkens erforderliche Zündspannungsangebot, je nach Zeitpunkt des Diagnosefunkens und baulicher Ausführung der Brennkraftmaschine auch invertiert sein.

Sollte sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzelnen eine Auswertung der Amplitude des Nadelimpulses nicht als besonders günstig erweisen, so kann eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden, die darin besteht, daß ferner zur Erzeugung des Signals der zeitliche Verlauf der Brennspannung innerhalb eines vorgegebenen Zeitabschnitts ausgewertet wird.

Die Form und der Verlauf der Brennspannung beim weiteren Zündimpuls können mit herkömmlichen Mitteln im Zündsteuergerät gemessen werden und die entsprechenden charakteristischen Werte mit Referenzwerten verglichen werden. Die Entscheidung, ob ein Zündaussetzer vorliegt, kann über den Vergleich von den Istwerten zu Referenzwerten getroffen werden.

Eine besonders einfache Möglichkeit, die auszuwertende Spannung zu gewinnen, besteht darin, daß die Spannung primärseitig der Zündspule entnommen wird.

Vorzugsweise soll der weitere Zündfunke eingeleitet werden, wenn auch bei einer stattgefundenen Verbrennung der Zylinderdruck schon auf ein relativ niedriges Niveau abgesunken ist. Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, daß der weitere Zündimpuls etwa zur Zeit des Auslaßbeginns erzeugt wird.

Der weitere Zündfunke kann keine Entflammung bewirken, sondern dient lediglich zur Diagnose. Es ist daher möglich, daß der weitere Zündimpuls eine geringere Energie aufweist als der Zündimpuls.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein p/V-Diagramm,

Fig. 3 eine Darstellung des Drucks in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel,

Fig. 4 eine Darstellung der Abhängigkeit der Amplitude der Zündnadel als Funktion der Temperatur und des Drucks,

Fig. 5 ein Blockschaltbild zur Auswertung der Primärspannung der Zündspule und

Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Diagnose.

Fig. 1 stellt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, bei welcher ein an sich bekanntes Steuergerät 1 in Abhängigkeit von verschiedenen an der nur teilweise dargestellten Brennkraftmaschine 2 gemessenen Größen Zünd- und Einspritzimpulse erzeugt. Dazu erhält das Steuergerät 1 Signale von einem Luftmassenmesser 3, einem Lufttemperaturgeber 4, einem Kühlwassertemperaturgeber 5, einem Klopfsensor 6 und einem Drehzahlgeber 7. An Ausgänge des Steuergerätes 1 sind Einspritzventile 8, von denen nur eins in Fig. 1 dargestellt ist, und die Zündspule 9 angeschlossen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den Druck im Zylinder einer Brennkraftmaschine als Funktion des Volumens bzw. des Kurbelwellenwinkels _α. Kurz vor dem oberen Totpunkt OT, also kurz vor dem geringsten Volumen, erfolgt bei 11 die Zündung, so daß der Druck stark ansteigt und nach Erreichen des Maximaldrucks p_max mit größerwerdendem Volumen abnimmt. Erfolgt keine Verbrennung (Zündaussetzer), so nimmt der Druck nach Erreichen des oberen Totpunktes nicht mehr zu, sondern verläuft wesentlich niedriger als der Druck nach einer Verbrennung. In Fig. 2 sind als Punkt 12 der Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils, als Punkt 13 der Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils, als Punkt 14 der Schließzeitpunkt des Auslaßventils und als Punkt 15 der Schließzeitpunkt des Einlaßventils eingetragen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird vom Steuergerät 1 (Fig. 1) ein weiterer Zündimpuls bei 16 abgegeben, der kurz nach dem Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils bei 12 liegt. Im Falle einer nicht erfolgten Verbrennung ist der Druck p geringer. Der Druck beim weiteren Zündimpuls liegt dann bei 16′ (Fig. 3). Je nach Voraussetzung im einzelnen kann der weitere Zündimpuls auch vor dem Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils erfolgen.

Fig. 4 zeigt ebenfalls als Beispiel die Abhängigkeit des von der Amplitude U des bei der Diagnosezündung entstehenden Nadelimpulses von der Temperatur T mit dem Druck p im Zylinder als Parameter. Nach einer erfolgten Verbrennung herrscht zum Diagnosezeitpunkt eine Temperatur von T₁, während der Druck beispielsweise p₁ beträgt (Punkt 21). Ohne eine erfolgte Zündung beträgt die Temperatur nur T₂ (T₂<T₁) bei einem Druck p₂ (p₂<p₁). Aus dem Diagramm nach Fig. 4 ergibt sich U₁(p₁,T₁) ≠ U₂(p₂,T₂). Dieses kann im Steuergerät 1 ausgewertet werden.

Fig. 5 zeigt als Blockschaltbild eine Anordnung zur Auswertung der durch den weiteren Zündimpuls hervorgerufenen Primärspannung der Zündspule. Der typische Verlauf der Primärspannung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Nach einem Nadelimpuls folgt mit geringerer Amplitude die Brennspannung. Von einer Zündendstufe 31 wird eine der Primärspannung entsprechende Spannung einer Auswerteschaltung 32 zugeführt, die ausgangsseitig mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 33 verbunden ist, der Teil eines Mikrocomputers 34 ist. Dort werden die digitalisierten Ausgangssignale der Auswerteschaltung 32, wie später im Zeitdiagramm nach Fig. 6 genauer erläutert wird, mit Referenzwerten verglichen. Der Mikrocomputer 34 steuert in an sich bekannter Weise den Zündzeitpunkt und liefert entsprechende Ansteuerimpulse an die Zündendstufe 31. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zusätzlich Ansteuerimpulse zur Erzeugung des Diagnosefunkens vom Mikrocomputer 34 bereitgestellt.

Bei dem in Fig. 6 als Flußdiagramm dargestellten Programm werden in einem Programmteil 41 Istwerte für den Brennspannungsverlauf vom Ausgang des Analog/Digital-Wandlers 33 (Fig. 5) und geeignete Referenzwerte 42 von einem Speicher eingelesen. Bei 43 erfolgt ein Soll/Istvergleich, worauf bei 44 eine Entscheidung getroffen wird, ob ein Zündaussetzer vorliegt oder nicht. Liegt kein Zündaussetzer vor, erfolgt bei 45 ein unveränderter Motorbetrieb. Liegt jedoch ein Zündaussetzer vor, wird bei 46 ein Fehlersignal erzeugt, das zur Zylinderabschaltung, zum Einschalten einer Warnlampe oder zur Speicherung eines Diagnose-Flags benutzt wird. Letzteres kann später bei einer Diagnose im Zuge von Wartungsarbeiten abgefragt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Überwachung des Betriebes einer Brennkraftmaschine auf Zündaussetzer, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zündimpuls die Zündkerze mit einem weiteren Zündimpuls beaufschlagt wird und daß in Abhängigkeit von der bei dem weiteren Zündimpuls an der Zündspule anstehenden Spannung ein einen Zündaussetzer anzeigendes Signal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspule wesentlich kürzer bestromt wird, als es bei einem herkömmlichen Zündfunken erforderlich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Brennspannung ausgewertet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner zur Erzeugung des Signals der zeitliche Verlauf der Spannung innerhalb eines vorgegebenen Zeitabschnitts ausgewertet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung primärseitig der Zündspule entnommen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zündimpuls etwa zur Zeit des Auslaßbeginns erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zündimpuls eine geringere Energie aufweist als der Zündimpuls.