DE4232845C2

DE4232845C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4232845C2
Application number: DE4232845A
Authority: DE
Inventors: Toshio Ishii; Takashi Mukaihira
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2012-10-01
Also published as: JP2721604B2; DE4232845A1; US5396176A; JPH0587036A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes von Verbrennungsmotoren gemäß den Oberbegriffen der unab hängigen Patentansprüche 1 und 10.

Eine herkömmliche Einrichtung zur Erfassung des Verbren nungszustandes in Verbrennungsmotoren ist beispielsweise aus JP 2-104978-A (1990) bekannt.

In dieser herkömmlichen Verbrennungszustand-Erfassungs einrichtung wird ermittelt, ob in einem Verbrennungsmotor Fehlzündungen auftreten. Hierzu wird der elektrische Strom erfaßt, der fließt, wenn nach der Zündung einer Zündkerze des Verbrennungsmotors an diese eine konstante Spannung angelegt wird, da nach der Zündung dieser Zündkerze wegen der Ionisation des Gases in deren Umgebung zwischen den Elektroden der Zündkerze oder zwischen anderen Elektroden in der betreffenden Verbrennungskammer des Motors auf grund dieser Spannung ein Ionenstrom fließen kann. Dieser Ionenstrom wird während eines vorgegebenen Zeitintervalls gemessen und stellt einen Abtastwert dar, der mit einem vorgegebenen Stromwert verglichen wird, um zu ermitteln oder zu beurteilen, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist.

In diesem Stand der Technik wird die Erfassung des jeweiligen Verbrennungszustandes durch den Vergleich des Ionenstroms mit einem vorgegebenen Strompegel ausgeführt, wobei dieser Ionenstrom jedoch nur während eines einzigen Abtastintervalls gemessen wird. Folglich besteht im Stand der Technik das Problem, daß verhältnismäßig häufig Ermittlungs- oder Beurteilungsfehler auftreten.

Die US 46 48 367 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Erfassen des Ionenstroms in einer Brennkraftma schine, wobei der Ionenstrom während zwei Zeitbereichen er faßt wird, und zwar während einem Zeitbereich, in dem eine Vorzündung auftreten kann und einem Zeitbereich, in dem Klopfen auftreten kann. Diese Druckschrift gibt jedoch kei nen Hinweis auf die Ermittlung des Ionenstroms während ei nem Zeitintervall, in dem der Zylinderinnendruck beispiels weise seinen maximalen Wert annimmt, da dieses Zeitinter vall außerhalb der Zeitbereiche liegt, in denen Klopfen und/oder eine Vorzündung auftritt.

Die DE 20 40 913 B2 beschreibt eine Einrichtung zur automa tischen Erfassung des zeitlichen Verlaufs der Zündspannun gen in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine. Zur Reduzie rung des Bedarfs an Diagnoseeinrichtungen wird beschrieben, daß der zeitliche Verlauf der Sekundärspannungen in Hoch spannungs-Zündanlagen dadurch erfaßt wird, daß mehrere Meß kanäle zu mehreren Zeitpunkten die jeweiligen Zündspannun gen übertragen. Eine Erfassung in speziellen Zeitbereichen ist jedoch nicht aufgezeigt. Dasselbe gilt für die Druck schrift "MTZ, Band 51, 1990, Heft 3, Seiten 118-122", wel che prinzipiell Möglichkeiten zur Ionenstrommessung an Zündkerzen von Ottomotoren als Klopferkennungsmittel zeigt. Diese Druckschrift beschreibt zwar, daß ein Ionenstrom er faßt werden kann, wobei dieses Ionenstromsignal während ei nem bestimmten Zeitintervall detektiert wird, es ist jedoch nicht aufgezeigt, in welchem speziellen Intervall oder In tervallen eine Erfassung vorzunehmen ist.

Der obige Stand der Technik weist insgesamt den Nachteil auf, daß der Ionenstrom auch in Zeitabschnitten erfaßt wird, in denen relativ große Störeffekte auf das Meßsignal einwirken, so daß große Meßunsicherheiten auftreten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes von Verbrennungsmotoren zu schaffen, die eine Verringerung des Beurteilungsfehlers bei der Bestimmung des Verbrennungszustandes ermöglichen.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unab hängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung an.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung des Verbren nungszustands von Verbrennungsmotoren, führt die folgenden Schritte durch: Anlegen einer vorbestimmten Meßspannung an eine im Brennraum des Motors angeordnete Elektrode und Er mitteln eines im Elektrodenkreis fließenden Ionenstroms, wobei der Ionenstrom in einem Zeitintervall ermittelt wird, in dem der Zylinderinnendruck des Motors in einem normalen Verbrennungszustand einen maximalen Wert annimmt und der Verbrennungszustand basierend auf dem ermittelten Ionen strom und einer Zuordnungstabelle bestimmt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung des Verbren nungszustands von Verbrennungsmotoren weist eine Einheit zum Anlegen einer vorbestimmten Meßspannung an eine im Brennraum des Motors angeordnete Elektrode und eine Meßein richtung zum Ermitteln eines im Elektrodenkreis fließenden Ionenstroms auf, wobei die Meßeinrichtung den Ionenstrom in einem Zeitintervall ermittelt, in dem der Zylinderinnen druck des Motors in einem normalen Verbrennungszustand ei nen maximalen Wert annimmt und eine Steuereinheit den Ver brennungszustand basierend auf dem ermittelten Ionenstrom und einer in einem Speicher gespeicherten Zuordnungstabelle bestimmt.

Zur Lösung des Problems der schlechten und ungenauen Meßer gebnisse für den Verbrennungszustand wird erfindungsgemäß ein Ionenstrom in einem Zeitintervall W2 ermittelt, indem der Zylinderinnendruck des Motors in einem normalen Ver brennungszustand einen maximalen Wert annimmt, wobei dann mit diesem in dem Zeitintervall W2 ermittelten Ionenstrom eine Zuordnungstabelle gelesen wird, um den entsprechenden Verbrennungszustand zu bestimmen. Durch diese vorteilhafte Auswahl des Zeitintervalls für die Ionenstrommessung wird ein maximales Ionenstromsignal erhalten, da in der Zeitpe riode, in der der Innendruck des Zylinders maximal ist, das Ionenstromsignal seinen Maximalwert einnimmt. Daher kann erfindungsgemäß der Spannungsabfall bzw. der Diagnosestrom des Verbrennungszustands in einem jeweiligen Maximalwertbe reich ermittelt und verarbeitet werden, wodurch die Sensi tivität der Erfassung von abnormalen Verbrennungsbedingun gen erhöht wird und deren Genauigkeit verbessert werden kann.

In den erwähnten mehreren Zeitintervallen zur Erfassung des Verbrennungszustandes sind vorzugsweise ein Zeitin tervall, in dem in einem normalen Verbrennungszustand die Zündung beendet ist, und/oder ein Zeitintervall, in dem seit dem Zeitpunkt, in dem in einem normalen Verbren nungszustand der Zylinderinnendruck maximal ist, ein vor gegebenes Zeitintervall verstrichen ist, enthalten.

Für die erwähnten Merkmale können Spannungs- oder Strom werte verwendet werden, die größer als ein vorgegebener Wert, etwa der Maximalwert, der Minimalwert, der Durch schnittswert oder dergleichen, sind, vorzugsweise wird jedoch der während der betreffenden Zeitintervalle integrierte Spannungs- oder Stromwert verwendet.

Die Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes von Verbrennungsmotoren kann ferner umfassen
eine Speichereinrichtung, die die Häufigkeiten der verschiedenen bestimmter Verbrennungszustände, getrennt nach den Arten der Verbrennungszustände speichert, und
eine Anzeigeeinrichtung, die von den Häufigkeiten der einzelnen Verbrennungszustände die Häufigkeit desje nigen Verbrennungszustandes angibt, bei dem die Werte des Merkmals größer sind als ein vorgegebener Wert oder als ein Wert, der mittels einer vorgegebenen, den einzelnen Verbrennungszustandsarten zugeordneten Funktion berechnet wird.

Wenn an einer Zündkerze oder einer weiteren in der Verbrennungskammer eingebauten Elektrode eine vorgegebene Spannung direkt nach der Zündung der Zündkerze erzeugt wird, wird das in der Umgebung der Zündkerze befindliche Gas ionisiert, so daß zwischen den entsprechenden Elek troden ein Ionenstrom fließt. Wenn die Verbrennung normal ist, kann durch die Meßeinrichtung die Spannung oder der elektrische Strom, der zwischen den Elektroden der Zündkerze oder durch die Sekundärwicklung der Zündspule oder zwischen den anderen Elektroden fließt, in dem Zeitintervall, in dem der Zylinderinnendruck maximal ist, und in anderen Zeitintervallen gemessen werden. In dem Zeitintervall, in dem der Zylinderinnendruck maximal ist, fließt der Ionenstrom, sofern die Verbrennung normal ist. Daher kann das Auftreten einer Fehlzündung im wesentli chen dadurch ermittelt werden, daß der Ionenstrom während dieses Zeitintervalls gemessen wird.

Erfindungsgemäß kann der Verbrennungszustand genauer als bisher bestimmt werden, indem die Spannungen oder Ströme in mehreren Zeitintervallen, also auch in solchen Inter vallen, in denen der Zylinderinnendruck nicht maximal ist, gemessen werden.

Durch die Messung der Spannungen und der Ströme in diesen anderen Zeitintervallen ist die Erfassung von anderen an omalen Verbrennungszuständen, in denen keine Fehlzündung auftritt, möglich. Genauer kann beispielsweise das Auftreten von "Glimmen" (stille Entladung) erfaßt werden, indem die Spannung oder der Strom in demjenigen Zeitin tervall gemessen werden, das den Zeitpunkt enthält, der nach Verstreichen eines vorgegebenen Zeitintervalls seit dem Zeitpunkt des maximalen Zylinderinnendrucks in einem normalen Verbrennungszustand erreicht wird. Wenn ein Glimmen auftritt, findet die Verbrennung nach der Zündung des Kraftstoffgemischs während eines nachfolgenden Zeitintervalls fortgesetzt statt, wobei ein Ionenstrom fließt. Daher kann das Glimmen durch die Messung des Io nenstroms während dieser fortgesetzten Verbrennung erfaßt werden.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Speicher einrichtung für die Speicherung der Häufigkeiten umfaßt, sind die Häufigkeiten der verschiedenen Verbrennungszu standsarten, die von der Verbrennungszustand-Bestimmungs einrichtung bestimmt werden, getrennt nach den Verbren nungszustandsarten gespeichert. Die Anzeigeeinrichtung für die Anzeige der die Häufigkeiten der einzelnen Verbrennungszustände betreffenden Ergebnisse gibt von den Häufigkeiten der einzelnen Verbrennungszustände diejenige Häufigkeit an, bei der die Merkmale größere Werte besitzt als ein vorgegebener Wert oder als ein Wert, der mittels einer vorgegebenen, den einzelnen Verbrennungszuständen zugeordneten Funktion berechnet wird. Selbst wenn daher möglicherweise einige falsche Beurteilungen ausgeführt werden, kann die Ausgabe eines fehlerhaften Urteils weitgehend beseitigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher er läutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes von Verbrennungsmotoren gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit der Einrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Integrierschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorlie genden Erfindung;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Fenstererzeugungs schaltung gemäß der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung von Signalen einer Ionen strom-Erfassungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 6 ein Schaltbild einer weiteren Verarbei tungsschaltung gemäß einer Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer weiteren Verarbeitung von Signalen einer Ionenstrom-Erfassungsschaltung gemäß ei ner Ausführungsform der vorliegenden Er findung;

Fig. 8(a)-(g) Spannungskurven, die in der erfindungsge mäßen Einrichtung zur Verbrennungszu stand-Erfassung in verschiedenen Verbren nungszuständen auftreten;

Fig. 9(a)-(d) Darstellungen zur Erläuterung der Inte grationsverarbeitung gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Verarbeitung zur Verbrennungszustand-Er fassung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 11 eine Darstellung einer Verbrennungszu stand-Kennzeichentabelle gemäß einer Aus führungsform der vorliegenden Erfindung.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. In einem norma len Zündungsprozeß wird von einer Steuereinheit 1 ein Zündzeitpunktsignal IGN über einen Signalverstärker 7 an einen Leistungstransistor 8 ausgegeben. Wenn der Lei stungstransistor 8 aufgrund des Zündzeitpunktsignals IGN in den gesperrten Zustand übergeht, wird in der Sekundär wicklung einer Zündspule 9 eine dem Ausschaltstrom entsprechende hohe Ausschaltspannung erzeugt, woraufhin eine Zündkerze 12 zündet.

Im Kraftstoffeinspritzprozeß wird von der Steuereinheit 1 über einen Signalverstärker 16 an einen Leistungstransi stor 17 ein Kraftstoffeinspritzsignal INJ ausgegeben. Wenn der Leistungstransistor 17 aufgrund des Kraftstoff einspritzsignals INJ auf Durchlaß schaltet, wird die Ma gnetspule 18 für die Einspritzung aktiviert, woraufhin ein (nicht gezeigter) Stößelkolben so arbeitet, daß in die Verbrennungskammer Kraftstoff eingespritzt wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine Einrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes gemäß einer Ausfüh rungsform die Steuereinheit 1, eine Ionenstrom-Erfas sungsschaltung 10, die auf der Seite der Sekundärwicklung der Zündspule 9 angeordnet ist, eine Verarbeitungsschal tung 14, die an den Ausgangssignalen von der Ionenstrom- Erfassungsschaltung 10 eine Integrationsverarbeitung aus führt, und eine Anzeigeeinrichtung 15, die die Erfas sungsergebnisse bezüglich der Verbrennungszustände anzeigt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 1 eine CPU 51 für verschiedene Berechnungen, ein ROM 52 und ein RAM 53 für die Speicherung von von der CPU 51 ausgeführ ten Rechenprogrammen und einer in Fig. 11 gezeigten Verbrennungszustand-Kennzeichentabelle, einen Eingangska nal 54 für die Eingabe verschiedener Signale, eine Eingangs-/Ausgangs-Steuereinrichtung (E/A) 55 und einen Ausgangskanal 56 für die Ausgabe verschiedener Signale.

In den Eingangskanal 54 der Steuereinheit 1 werden Kurbelwinkelsignale Θ_cr von einem Kurbelwinkelsensor 2, Luftströmungssignale Θ_a von einem Luftströmungsmesser 3, der die Luftströmungsrate in den Verbrennungsmotor mißt, Drosselklappenöffnungswinkelsignale Θ_th von einem Dros selklappenöffnungswinkelsensor 4, eine Versorgungsspan nung V_B von einer Batterie 5, Wassertemperatursignale T_W von einem Wassertemperatursensor 6, der die Wassertempe ratur in einem Kühler mißt, und Sauerstoffkonzentrations signale O₂ von einem Sauerstoffsensor 6a, der die Sauer stoffkonzentration in den Auspuffrohren mißt, usw. eingegeben. Vom Ausgangskanal 56 werden die Zündzeit punktsignale IGN, die Kraftstoffeinspritzsignale INJ und Signale für die Anzeigeeinheit 15 und dergleichen ausge geben.

Wie wiederum in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Ionenstrom-Er fassungsschaltung 10 eine Zenerdiode 10a zur Steuerung der Sekundärspannung der Zündspule 9, einen Kondensator 10b zur Speicherung der elektrischen Ladung der Sekundär wicklung der Zündspule 9b, wenn die Zündkerze 12 zündet, und einen Widerstand 10c und eine Diode 10d, die zwischen dem Kondensator 10b und Masse parallel geschaltet sind.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, umfaßt die Verarbei tungsschaltung 14 eine Integrierschaltung 19 für die In tegrationsverarbeitung der Signale vom Ausgangsanschluß 10e der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 und eine Fensterzeugungsschaltung 20 zur Erzeugung von Fenstern, die den Signalen vom Ausgangsanschluß 10e der Ionenstrom- Erfassungsschaltung 10 entsprechen. Die Integrierschal tung 19 umfaßt einen Verstärker 19a zur Integrationsver arbeitung der Signale vom Ausgangsanschluß 10e der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10. Die Fensterzeugungs schaltung 20 umfaßt Flipflop-Schaltungen 20a und 20b zur Erzeugung von Wellenformen mit unterschiedlichem zeitli chen Verlauf. Die Fenstererzeugungsschaltung 20 erzeugt durch die Kombination der Ausgänge der Flipflop-Schaltun gen 20a und 20b Fenster.

Obwohl die Funktion der Verarbeitungsschaltung 14 durch den obenbeschriebenen ,Hardware-Aufbau erhalten werden kann, kann die Funktion auch softwaremäßig erhalten werden. Wie in dem Flußdiagramm von Fig. 5 gezeigt ist, wird hierbei zunächst in einem Schritt 201 festgestellt, ob ein betrachtetes Signal in einem bestimmten Fenster liegt. Wenn das Signal in dem Fenster liegt, wird an schließend in einem Schritt 202 das Signal vom Ausgangs anschluß 10e der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 einer Analog-/Digital-Umsetzung unterworfen. In einem nachfol genden Schritt 203 wird festgestellt, ob die A/D-Umset zung abgeschlossen ist. Nach Abschluß der A/D-Umsetzung werden die umgesetzten Werte in einem Schritt 204 durch einen Aufsummierungszähler aufsummiert, um einen inte grierten Wert S(A/D) zu erhalten. Wenn andererseits im Schritt 201 festgestellt wird, daß das Signal nicht im Fenster liegt, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 205, in dem festgestellt wird, ob das Eingangssignal zum ersten Mal auftritt. Wenn das Signal zum ersten Mal auftritt, wird der Wert S(A/D) des Aufsummierungszählers im Schritt 207 in einem HALTE-Zustand gehalten. Wenn das Signal nicht zum ersten Mal auftritt, wird der Wert S(A/D) des Aufsummierungszählers im Schritt 206 auf Null (S(A/D) = 0) zurückgesetzt.

Die beschriebene Funktion der Verarbeitungsschaltung 14 kann softwaremäßig ausgeführt werden. Daher ist die Verarbeitungsschaltung 14 in dem Fall nicht unbedingt er forderlich, in dem die Programme für diese Funktion im ROM 52 der Steuereinheit 1 enthalten sind und das Pro gramm von der CPU 51 abgearbeitet wird.

In der vorliegenden Ausführungsform umfaßt die Einrich tung für die Erzeugung eines Potentials einen Kondensator 10b, während die Meßeinrichtung die Ionenstrom-Erfas sungsschaltung 10 und die Verarbeitungsschaltung 14 umfaßt und die Merkmalausblendeinrichtung die Verarbei tungsschaltung 14 umfaßt. Ferner umfaßt die Speicherein richtung zur Speicherung einer Verbrennungszustand- Kennzeichentabelle das ROM 52 in der Steuereinheit 1, während die Verbrennungszustand-Bestimmungseinrichtung die CPU 51 und das ROM 52, in dem Programme für den Betrieb der CPU 51 gespeichert sind, umfaßt.

Nun wird die Funktion der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

Wenn von der Steuereinheit 1 ein Zündzeitpunktsignal IGN über den Signalverstärker 7 in den Leistungstransistor 8 eingegeben wird, wird in der Primärwicklung 9a der Zündspule 9 eine in Fig. 8(a) gezeigte Spannung erzeugt. Folglich wird in der Sekundärwicklung 9b der Zündspule 9, die sich auf der mit dem Bezugszeichen 11 bezeichneten Seite der Zündkerze 12 befindet, eine in Fig. 8(b) gezeigte Spannung erzeugt. Wenn der Leistungstransistor 8 in den Sperrzustand übergeht und der Strom in der Primär wicklung 9a unterbrochen wird, wird in der Sekundärwick lung 9b eine elektromotorische Kraft erzeugt, so daß die Zündkerze 12 während eines vorgegebenen Zeitintervalls zündet. Während der Zündung fließt ein Strom von der Mas seseite der Zündkerze 12 an die Sekundärwicklung 9b der Zündspule 9 und wird im Kondensator 10b der Ionenstrom- Erfassungsschaltung 10 gespeichert. In der Ionenstrom-Er fassungsschaltung 10 ist eine Zenerdiode 10a vorgesehen. Daher wird der Kondensator 10b nur bis zu einer vorgege benen Spannung aufgeladen, weil die Zenerdiode 10a die maximale Ladespannung auf diese vorgegebene Spannung be grenzt.

Wenn die Zündkerze 12 zündet, wird das Gas in der Umge bung der Zündkerze 12 ionisiert, so daß zwischen den Elektroden der Zündkerze leichter ein elektrischer Strom fließen kann. Daher wird die während des Zündvorgangs im Kondensator 10b gespeicherte elektrische Ladung entladen, wenn der Zündvorgang beendet ist, wobei dieser elektri sche Strom auch zwischen den Elektroden der Zündkerze 12 fließt. Der aufgrund der Ionisation des Gases in der Um gebung der Zündkerze 12 fließende Strom wird im allgemei nen als Ionenstrom bezeichnet. Dieser Ionenstrom wird am Ausgangsanschluß 10e der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 in Form der in Fig. 8(c) gezeigten Spannungswellenform erfaßt. Direkt nach der Zündung der Zündkerze 12 wird nur das Gas in der Umgebung der Zündkerze 12 ionisiert, anschließend wird aufgrund der Zündung des Kraftstoffes das gesamte in der Verbrennungskammer befindliche Gas io nisiert. Folglich treten in Fig. 8(c) in der Spannungs wellenform des Ionenstroms zwei Spitzen auf. In einem normalen Verbrennungszustand treten zusätzlich zu der Spannung des Ionenstroms am Ausgangsanschluß 10e der Io nenstrom-Erfassungsschaltung 10 eine Spannungsspitze des Einschwingvorgangs und des Zündendes der Sekundärwicklung 9b auf, wie in Fig. 8(c) gezeigt ist.

Andererseits werden in einem anomalen Verbrennungszustand nicht die in Fig. 8(c) gezeigte Spannungswellenform, son dern die in den Fig. 8(d) bis 8(g) gezeigten Wellenformen erfaßt.

Das bedeutet, daß im Falle einer etwa durch eine stille Entladung oder eine fehlerhafte Kraftstoffzufuhr hervor gerufene Fehlzündung das Ionisierungsphänomen nicht auftritt und kein Ionenstrom erzeugt wird, so daß die Spannung die in Fig. 8(d) gezeigte Wellenform besitzt. In dem Fall, in dem die Spannung der Primärwicklung nicht geändert wird, weil der Leistungstransistor 8 nicht arbeitet oder ähnliches, wird keine Spannungsänderung be obachtet, wie durch die Spannungswellenform in Fig. 8(e) gezeigt ist. Wenn ein Klopfen auftritt, wird die Gasioni sierung durch eine vor dem Zünden der Zündkerze 12 auftretende Verbrennung erhöht, so daß die Spannung des Ionenstroms zunimmt, wie in Fig. 8(f) gezeigt ist. Wenn ein Verrußen auftritt, dauert die Verbrennung während ei nes bestimmten Zeitintervalls nach dem Zünden an, so daß der Ionenstrom auch während eines weiteren Zeitintervalls fließt.

Der Ionenstrom kann durch die Messung der Spannung oder des elektrischen Stroms auf der Zündkerzenseite 11 der Sekundärwicklung 9b oder an der Zündkerze 12 selbst gemessen werden; die Spannung, die an der Zündkerze 12 anliegt, wenn der Ionenstrom fließt, ist im Vergleich zu der Spannung, die an die Zündkerze 12 zu ihrer Zündung angelegt wird, sehr klein, so daß in Fig. 8(b) kein Ionenstrom beobachtet wird. Wenn daher der Ionenstrom in den obenerwähnten Bereichen gemessen wird, müssen der Strom oder lediglich die Spannung verstärkt werden oder muß die Reihenfolge der Messungen geändert werden.

An den Ausgang des Ausgangsanschlusses 10e der Ionen strom-Erfassungsschaltung 10 werden von der Verarbei tungsschaltung 14 Fenster angelegt, wie in Fig. 9(c) ge zeigt ist, wobei die Spannungswerte in den Fenstern integriert werden, wie in Fig. 9(d) gezeigt ist. Die Fen ster werden mit vorgegebenen Breiten angelegt, wobei die einzelnen Fenster um einen ersten Einschwingzeitpunkt der Sekundärwicklungsspannung vor der Zündung (Startzeitpunkt des Primärstrom-Flusses) bzw. um den Zündungs-Endzeit punkt bzw. um den Ionenstrom-Erzeugungszeitpunkt (bei ma ximalem Zylinderinnendruck) bzw. um einen Zeitpunkt, in dem der Ionenstrom nach der Zündung in einem normalen Verbrennungszustand nicht erfaßt werden kann, zentriert sind. Wie oben beschrieben, werden durch Anlegen der Fen ster mit vorgegebenen Breiten nur die erforderlichen Spannungswerte erhalten, so daß die Erfassung von unnöti gem Rauschen geringer ist und eine genauere Erfassung des Verbrennungszustandes erzielt werden kann. Selbst wenn in den Fenstern ein Rauschen vorhanden ist, ist die Rausch unempfindlichkeit verbessert, weil die Spannungswerte durch eine Integrationsverarbeitung verarbeitet werden.

Die von der Verarbeitungsschaltung 14 integrierten Signale werden in die Steuereinheit 1 eingegeben und für die Erfassung des Verbrennungszustandes verwendet. Die Erfassung des Verbrennungszustandes wird von der CPU 51 auf der Grundlage einer (in Fig. 11 gezeigten) Verbren nungszustand-Kennzeichentabelle, die im ROM 52 gespei chert ist, ausgeführt.

Nun wird auf Fig. 11 Bezug genommen. Wenn beispielsweise der integrierte Wert AD1 im Fenster W1 GROSS ist, der in tegrierte Wert AD2 im Fenster W2 GROSS ist, der inte grierte Wert AD3 im Fenster W3 MITTELGROSS ist und der integrierte Wert AD4 im Fenster W4 KLEIN ist, wird der Verbrennungszustand als normaler Verbrennungszustand ein gestuft. Wenn der integrierte Wert AD1 im Fenster W1 GROSS ist, der integrierte Wert AD2 im Fenster W2 GROSS ist, der integrierte Wert AD3 im Fenster W3 KLEIN ist und der integrierte Wert AD4 im Fenster W4 KLEIN ist, wird festgestellt, daß der Verbrennungszustand durch eine auf grund einer stillen Entladung oder einer fehlerhaften Kraftstoffzufuhr hervorgerufene Fehlzündung gegeben ist. Wenn der integrierte Wert AD1 im Fenster W1 GROSS ist, der integrierte Wert AD2 im Fenster W2 GROSS ist, der in tegrierte Wert AD3 im Fenster W3 GROSS ist und der integrierte Wert AD4 im Fenster W4 KLEIN ist, wird festgestellt, daß der Verbrennungszustand durch Klopfen gegeben ist. Wie oben beschrieben, wird der Verbrennungs zustand anhand einer Kombination der einzelnen integrier ten Werte AD1, AD2, . . . in mehreren Fenstern W1, W2, . . . bestimmt, so daß die Beurteilungsfehlerrate erheblich ab gesenkt werden kann. Im obigen Beispiel werden die Urteile GROSS, MITTELGROSS und KLEIN der einzelnen integrierten Werte AD1, AD2, . . . wie in Fig. 10 gezeigt getroffen. Beispielsweise wird der integrierte Wert AD3 danach beurteilt, ob die Eingabe des (i+m-1)-ten inte grierten Wertes AD3 beendet ist oder nicht (Schritt 710). Wenn die Eingabe beendet ist, werden im Schritt 720 m Werte des integrierten Wertes AD3 aufsummiert und durch m dividiert, um einen Mittelwert P zu erhalten. Im Schritt 730 wird ein erster Vergleichswert (im vorliegenden Beispiel k₁P), der eine Funktion des Mittelwertes ist, mit dem integrierten Wert AD3(i+m-1) verglichen. Wenn der integrierte Wert AD3(i+m-1) kleiner als der erste Ver gleichswert k₁P ist, wird m Schritt 750 festgestellt, daß der integrierte Wert AD3(i+m-1) KLEIN ist. Wenn der integrierte Wert AD3(i+m-1) im Schritt 730 größer als der erste Vergleichswert k₁P ist, wird im Schritt 740 der in tegrierte Wert AD3 mit einem zweiten Vergleichswert (im vorliegenden Beispiel k₂P) verglichen. Wenn der inte grierte Wert AD3(i+m-1) kleiner als der zweite Ver gleichswert k₂P ist, wird der integrierte Wert AD3 im Schritt 770 als MITTELGROSS beurteilt. Wenn im Schritt 740 festgestellt wird, daß der integrierte Wert AD3(i+m- 1) größer als der zweite Vergleichswert k₂P ist, wird der integrierte Wert AD3(i+m-1) im Schritt 760 als GROSS ein gestuft. Im Schritt 780 wird i um ein Inkrement erhöht, anschließend wird auf die A/D-Umsetzung des nächsten in tegrierten Wertes gewartet. Die Beurteilung, ob die einzelnen integrierten Werte AD1, AD2, . . . GROSS, MITTEL- GROSS oder KLEIN sind, kann nicht nur anhand des Mittel wertes der integrierten Wertes, sondern beispielsweise auch anhand des Maximalwertes, des Minimalwertes oder ei nes vorgegebenen Wertes ausgeführt werden.

Das Erfassungsergebnis wird auf der Anzeigeeinrichtung 15 zusammen mit der entsprechenden Zylindernummer angezeigt. Die Bedienungsperson führt bei Beobachtung der Anzeige eine Einstellung und dergleichen aus. Auf der Anzeige werden nicht nur der Verbrennungszustand, sondern auch die Ursachen der Fehlzündung angezeigt, so daß eine geeignete Einstellung ausgeführt werden kann.

Vorzugsweise werden bei der Anzeige der Erfassungsergeb nisse die Häufigkeiten der festgestellten verschiedenen Arten von Verbrennungszuständen im RAM 53 getrennt für jede der Verbrennungszustandsarten gespeichert, wobei vorzugsweise nur dasjenige Bestimmungsergebnis, dessen Häufigkeit einen für die einzelnen Arten von Verbren nungszuständen vorgegebenen Wert oder einen durch eine vorgegebene Funktion definierten Wert übersteigt, auf der Anzeigeeinrichtung 15 angezeigt wird. Gemäß dem obenbe schriebenen Verfahren können nahezu sämtliche fehlerhaf ten Anzeigen vermieden werden. Wenn in bezug auf die vor gegebene Funktion im obenbeschriebenen Verfahren bei spielsweise der Fall einer Fehlzündung betrachtet wird, wird vorzugsweise eine Funktion verwendet, die den definierten Häufigkeitswert bei steigender Sauerstoffkon zentration absenkt, weil die Sauerstoffkonzentration im Abgas zunimmt, wenn eine Fehlzündung auftritt.

Gemäß der obenbeschriebenen Verbrennungszustand-Erfassung werden auf der Grundlage des integrierten Wertes der Fen sterwerte verschiedene Beurteilungen vorgenommen, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das obenbe schriebene Verfahren beschränkt. Es kann jeder Wert verwendet werden, der ein Merkmal der Spannung im Fenster wiedergibt. Beispielsweise kann die Beurteilung auf der Grundlage des Maximalwertes, des Minimalwertes, des Mittelwertes und der Spannungswellenform in den Fenstern vorgenommen werden. Wenn der Maximalwert, der Minimalwert und der Mittelwert in den Fenstern verwendet werden, muß die Verarbeitungsschaltung 14 beispielsweise auf die in Fig. 6 gezeigte Weise aufgebaut sein.

Die in Fig. 6 gezeigte Verarbeitungsschaltung umfaßt zu sätzlich zur Fenstererzeugungsschaltung 20 eine Minimal wert-Spitzenspannungshalteschaltung 21 und eine Maximal wert-Spitzenspannnungshalteschaltung 22. Die Minimalwert- Spitzenspanungshalteschaltung 21 umfaßt einen Operations verstärker 21a, in den Signale vom Ausgangsanschluß 10e der Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 eingegeben werden, eine Diode 21b und einen Schalter 21d. Die Maximalwert- Spitzenspannungshalteschaltung 22 umfaßt einen Operati onsverstärker 22a, in den Signale vom Ausgangsanschluß 10e dem Ionenstrom-Erfassungsschaltung 10 eingegeben wer den, eine Diode 22b, bei der die Stromrichtung gegenüber derjenigen der Diode in der Minimalwert-Spitzenspannungs halteschaltung 21 umgekehrt ist, und einen Schalter 22d. Die Ausgangsanschlüsse der Minimalwert-Spitzenspan nungshalteschaltung 21 und der Maximalwert-Spitzenspannungs halteschaltung 22 sind über Widerstände 21c bzw. 22c miteinander verbunden, wobei von einem Verbindungsan schluß ein Mittelwert ausgegeben wird. Die Schalter 21d und 22d dienen der Entladung der gehaltenen Minimalwert- Spitzenspannung und der gehaltenen Maximalwert-Spitzen spannung.

Die obenbeschriebene Verarbeitungsschaltung kann ebenso wie die Verarbeitungsschaltung 14 softwaremäßig aufge baut sein. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird im Schritt 301 ein Eingangssignal daraufhin beurteilt, ob es im Fenster liegt oder nicht. Wenn es im Fenster liegt, wird im Schritt 302 eine A/D-Umsetzung begonnen. Wenn im Schritt 303 das Ende der A/D-Umsetzung bestätigt wird, wird im Schritt 304 der umgesetzte Digitalwert mit einer gespei cherten Minimalwert-Spitzenspannung verglichen. Wenn im Schritt 304 festgestellt wird, daß der umgesetzte Digi talwert kleiner als die gespeicherte Minimalwert-Spitzen spannung ist, wird der umgesetzte Digitalwert im Schritt 307 als neue Minimalwert-Spitzenspannung betrachtet. Wenn im Schritt 304 festgestellt wird, daß der umgesetzte Di gitalwert größer ist, wird im Schritt 305 dieser Wert mit einer gespeicherten Maximalwert-Spitzenspannung vergli chen. Wenn im Schritt 305 festgestellt wird, daß der um gesetzte Digitalwert größer als die Maximalwert-Spitzen spannung ist, wird im Schritt 306 dieser umgesetzte Digitalwert als neue Maximalwert-Spitzenspannung betrach tet.

Wenn im Schritt 301 festgestellt wird, daß das Signal au ßerhalb des Fensters liegt, wird das Signal im Schritt 309 daraufhin beurteilt, ob es zum ersten Mal oder zum zweiten Mal oder häufiger aufgetreten ist. Wenn es zum ersten Mal aufgetreten ist, werden im Schritt 310 sowohl die Maximalwert-Spitzenspannung als auch die Minimalwert- Spitzenspannung gehalten. Wenn es zum zweiten oder öfteren Male aufgetreten ist, werden im Schritt 309 sowohl die Maximalwert-Spitzenspannung als auch die Minimalwert-Spitzenspannung zurückgesetzt. Der Mittelwert wird erhalten, indem die Summe aus der Maximalwert- Spitzenspannung und der Minimal-Spitzenspannung durch 2 dividiert wird.

Die obenbeschriebene Ausführungsform betrifft die Erfas sung des Verbrennungszustandes von Verbrennungsmotoren. Es kann jedoch außerdem eine Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungszustandes unter Verwendung der Verbren nungszustands-Erfassungsergebnisse entwickelt werden.

Wenn bei der Verbrennungszustand-Erfassung eine Fehlzün dung festgestellt wird, wird die Kraftstoffzufuhr an den Zylinder, in dem diese Fehlzündung aufgetreten ist, unterbrochen, außerdem wird ein Signal bezüglich des Luft-/Kraftstoffverhältnisses vom Sauerstoffsensor 6a auf einen kleineren Wert gesetzt. Der Grund für die obige Verarbeitung besteht darin, daß die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr an den fehlzündenden Zylinder eine Absenkung der beobachteten Werte des Sauerstoffsensors 6a, der die Sauerstoffkonzentration in einem Bereich zum Sammeln der Auspuffgase der einzelnen Zylinder mißt, zur Folge hat. Wenn ein Klopfen erfaßt wird, wird entweder der Zündzeitpunkt verzögert oder die Kraftstoffkonzentra tion erhöht. Die obenbeschriebene Steuerung kann dadurch ausgeführt werden, daß im voraus im ROM 52 Steuerungsver fahren zur Steuerung in Abhängigkeit von den Verbren nungszuständen gespeichert werden, die gespeicherten Steuerungsverfahren von der CPU 51 abgearbeitet werden und die Zündzeitpunktsignale IGN und die Kraftstoffein spritzsignale INJ entsprechend geändert werden.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung des Verbrennungszustands von Verbrennungsmotoren, mit den folgenden Schritten:

(A) Anlegen einer vorbestimmten Meßspannung an eine im Brennraum des Motors angeordnete Elektrode,
(B) Ermitteln eines im Elektrodenkreis fließenden Ionenstroms,
(C) Ermitteln eines Verbrennungszustands des Motors,
dadurch gekennzeichnet, daß
(D) der Ionenstrom in einem Zeitintervall (W2) ermittelt wird, in dem der Zylinderinnendruck des Motors in einem normalen Verbrennungszustand einen maximalen Wert annimmt und
(E) der Verbrennungszustand basierend auf dem ermittel ten Ionenstrom und einer Zuordnungstabelle bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung nach dem Zündvorgang angelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrom als Spannung erfaßt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte Ionenstrom in dem Zeitintervall inte griert wird und der integrierte Wert (AD1-AD4) zur Bestimmung des Verbrennungszustands verwendet wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrom zusätzlich in einem Zeitintervall (W1) ermittelt wird, in dem mit dem Anlegen einer Zündspan nung begonnen wird, wobei basierend auf den ermittelten Ionenströmen in den Zeitintervallen (W1 und W2) der Verbrennungszustand aus der Zuordnungstabelle gelesen wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrom zusätzlich in einem Zeitintervall (W3) ermittelt wird, indem die Zündung des Motors beendet wird, wobei basierend auf den ermittelten Ionenströmen in den Zeitintervallen (W1, W2 und W3) der Verbren nungszustand aus der Zuordnungstabelle gelesen wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Verbrennungszustand an einer Anzeigeein richtung (15) dargestellt wird.

8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Häufigkeiten von den verschiedenen bestimmten Verbren nungszuständen ermittelt werden und die Anzeigeeinrich tung (15) nur die Ergebnisse der Verbrennungszustands bestimmung anzeigt, deren Häufigkeit einen vorbestimm ten Wert übersteigt.

9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine im Motor angeordnete Zündkerze (12) ist.

10. Vorrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustands von Verbrennungsmotoren, mit

- einer Einheit (10b) zum Anlegen einer vorbestimmten Meßspannung an eine im Brennraum des Motors angeord nete Elektrode,
- einer Meßeinrichtung (10, 14) zum Ermitteln eines im Elektrodenkreis fließenden Ionenstroms,
- einer Steuereinheit (1) zum Ermitteln eines Verbren nungszustands des Motors, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Meßeinrichtung (10, 14) den Ionenstrom in einem Zeitintervall (W2) ermittelt, in dem der Zylinderin nendruck des Motors in einem normalen Verbrennungszu stand einen maximalen Wert annimmt und
- die Steuereinheit (1) den Verbrennungszustand basie rend auf dem ermittelten Ionenstrom und einer in ei nem Speicher (52, 53) gespeicherten Zuordnungstabelle bestimmt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (10b) die Meßspannung nach dem Zündvorgang anlegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (10, 14) den Ionenstrom als Spannung erfaßt.

13. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (10) den ermittelten Ionenstrom in dem Zeitintervall integriert und der integrierte Wert (Ad1-AD4) zur Bestimmung des Verbrennungszustands verwendet wird.

14. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (10) den Ionenstrom zusätzlich in einem Zeitintervall (W1) ermittelt, in dem mit dem An legen einer Zündspannung begonnen wird, wobei basierend auf den ermittelten Ionenströmen in den Zeitintervallen (W1 und W2) der Verbrennungszustand aus der Zuordnungs tabelle gelesen wird.

15. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (10, 14) den Ionenstrom zusätzlich in einem Zeitintervall (W3) ermittelt, in dem die Zün dung des Motors beendet wird, wobei basierend auf den ermittelten Ionenströmen in den Zeitintervallen (W1, W2 und W3) der Verbrennungszustand aus der Zuordnungsta belle gelesen wird.

16. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Verbrennungszustand an einer Anzeigeein richtung (15) dargestellt wird.

17. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Häufigkeitenspeichereinheit (53) ermittelte Häu figkeiten von den verschiedenen bestimmten Verbren nungszuständen speichert und die Anzeigeeinrichtung (15) nur die Ergebnisse der Verbrennungszustandsbestim mung anzeigt, deren Häufigkeit einen vorbestimmten Wert übersteigt.

18. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine im Motor angeordnete Zündkerze (12) ist.

19. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (1) abhängig von dem von ihr bestimm ten Verbrennungszustand die Verbrennung im Motor steu ert, wobei verschiedene auf die Verbrennung im Motor einwirkende Steuervariablen des Motors entsprechend den bestimmten Verbrennungszuständen angegeben durch die Zuordnungstabelle eingestellt werden.