DE4318282C2

DE4318282C2 - Fehlzündungserfassungssystem für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4318282C2
Application number: DE4318282A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Ishida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-06-02
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2013-06-03
Also published as: JPH05332194A; DE4318282A1; US5381689A

Description

Die Erfindung betrifft ein Fehlzündungserfassungssystem mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 2 angegebenen Merkmalen, welches beispielsweise aus der DE 41 31 383 A1 bekannt ist.

Ein derartiges Fehlzündungserfassungssystem für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung (nachstehend einfach als "Motor" bezeichnet) dient zur Feststellung des Auftretens von Fehlzündungen, die durch nicht normale Zustände in dem Zündsystem oder Brennstoffversorgungssystem des Motors hervorgerufen werden.

Bei einem früher vorgeschlagenen Fehlzündungserfassungssystem gemäß der japanischen Veröffentlichung Nr. 26345/1987 einer ungeprüften Patentanmeldung wird der Druck in einem Zylinder (nachstehend als "Zylinderdruck" bezeichnet, soweit möglich) des Motors durch einen Zylinderdrucksensor ermittelt, und es wird ein Kurbelwinkel festgestellt, wenn der Zylinderdruck einen Spitzenwert zeigt. Befindet sich die Position dieses Spitzenwertes in einem vorbestimmten Bereich von Kurbelwinkeln, so wird festgestellt, daß sich dieser Zylinder in einem normalen Zustand befindet.

Um hierbei die Spitzenwertlage des Zylinderdrucks zu erhalten, ist es erforderlich, den Zylinderdruck ständig bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel oder in jedem vorbestimmten Zeitraum zu messen. Ein derartiges System ist unvermeidlicherweise sehr kompliziert aufgebaut. Wird der Motor nur bei leichter Belastung betrieben, so zeigt der Zylinderdruck zwei Spitzenwerte; ein Spitzenwert ergibt sich am oberen Totpunkt im Verdichtungshub, und der andere Spitzenwert tritt infolge der Verbrennung auf, wodurch das Auftreten einer Fehlzündung schwer festzustellen ist. Falls der Spitzenwert vor dem oberen Totpunkt im Verdichtungsschub auftritt, ist die Feststellung des Auftretens einer Fehlzündung unmöglich.

Demgegenüber ist das in der DE 41 31 383 A1 beschriebene Fehlzündungserfassungssystem einfacher aufgebaut und arbeitet genauer. Allerdings erfordert die Erfassung des Verhältnisses der Zeitperioden und der Vergleich des Verhältnisses mit einem vorbestimmten Wert einen nicht unbeträchtlichen Rechenaufwand, verbunden mit entsprechenden Kosten für die hierfür erforderlichen Einrichtungen.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Fehlzündungserfassungssystem weiter zu entwickeln und ein Fehlzündungserfassungssystem zur Verfügung zu stellen, welches mit möglichst geringem Aufwand eine exakte Fehlzündungserfassung in einem breiten Betriebsbereich des Motors ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch ein Fehlzündungserfassungssystem mit den im Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Da gemäß der Erfindung die Zeitauflösung zur Erfassung der Zeiträume entsprechend der Anzahl der Umdrehungen des Motors pro Minute geändert wird, wird sowohl die Geschwindigkeit bis zur Feststellung einer Fehlzündung als auch die Genauigkeit der Erfassung einer Fehlzündung wesentlich verbessert, und zwar über einen breiten Betriebsbereich des Motors, nämlich einen breiten Drehzahlbereich (U/min).

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung eines Fehlzündungserfassungssystems für einen Motor gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ebenfalls ein Blockschaltbild der Anordnung eines Beispiels für das in Fig. 1 gezeigte Fehlzündungserfassungssystem im einzelnen, welches eine Ausführungsform der Erfindung bildet;

Fig. 3(a) bis 3(d) Zeitablaufdiagramme zur Beschreibung des Betriebs des Fehlzündungserfassungssystems gemäß der Erfindung;

Fig. 4 sowie die Fig. 5 und 6 ein Zeitablaufdiagramm bzw. Flußdiagramme zur Beschreibung des Betriebs eines Mikrocomputers in dem erfindungsgemäßen Fehlzündungserfassungssystem;

Fig. 7 ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung der arithmetischen Operationen in bezug auf Kurbelwinkel in dem erfindungsgemäßen Fehlzündungserfassungssystem;

Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Beschreibung des Betriebs des Mikrocomputers in dem Fehlzündungserfassungssystem gemäß der Erfindung;

Fig. 9(a) bis 9(d) Zeitablaufdiagramme zur Beschreibung der Ermittlung einer Fehlzündung aus der Beschleunigung in dem erfindungsgemäßen Fehlzündungserfassungssystem; und

Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Beschreibung eines Beispiels für die Berechnung einer Zeiterfassungsauflösung in dem Fehlzündungserfassungssystem gemäß der Erfindung.

Ein Fehlzündungserfassungssystem für einen Motor gemaß der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, wie in Fig. 1 gezeigt.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen M1 den Motor, mit M2 ist eine Kurbelwinkelerfassungseinrichtung bezeichnet, die an den Motor M1 so angeschlossen ist, daß sie zur Zündsteuerung eine Kurbelwinkelbezugsposition ausgibt, und M3 bezeichnet einen Fehlzündungserfassungsabschnitt, der an die Kurbelwinkelerfassungseinrichtung M2 angeschlossen ist. Der Fehlzündungserfassungsabschnitt M3 weist eine Zeitverhältnisermittlungseinrichtung zur Ermittlung eines Zeitverhältnisses auf, und eine Fehlzündungsbeurteilungseinrichtung zur Beurteilung des Auftretens einer Fehlzündung. Der Fehlzündungserfassungsabschnitt M3 bestimmt aus dem Ausgangssignal der Kurbelwinkelerfassungseinrichtung M2 das Verhältnis der Zeiten eines Summenzeitraums, welche vor und hinter einem vorbestimmten Winkel des Motors M1 auftreten, beispielsweise dem oberen Totpunkt (nachstehend, soweit möglich, als "ein Zeitverhaltnis" bezeichnet), oder bestimmt das Auftreten einer Fehlzündung aus einer berechneten Beschleunigung.

Ein konkretes Beispiel für das voranstehend beschriebene Fehlzündungserfassungssystem ist in Fig. 2 gezeigt, welche eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Motor mit dem ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Zylinder 2, 3, 4 und 5; die Bezugsziffer 6 bezeichnet einen Kurbelwinkelsensor, der an die Kurbelwelle oder die Nockenwelle des Motors 1 angeschlossen ist, um ein Periodensignal in jeder Kurbelwinkelbezugsposition (beispielsweise 180°) entsprechend der Zündposition jedes der Zylinder 2 bis 5 auszugeben; und die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Fehlzündungserfassungsabschnitt, der das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 6 empfängt, um ein Zeitverhältnis zu ermitteln, und das Auftreten einer Fehlzündung aus dem auf diese Weise erfaßten Zeitverhältnis zu bestimmen. Der Fehlzündungserfassungsabschnitt 7 umfaßt eine Schnittstelle 8 sowie einen Mikrocomputer 9. Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 6 wird über die Schnittstelle 8 an den Mikrocomputer 9 übertragen. Der Mikrocomputer 9 weist auf: einen Speicher 10 zum Speichern von Betriebsprozeduren und Steuerdaten; einen Taktzähler (oder einen freilaufenden Zähler), der mit einem vorbestimmten Zeittaktimpuls aufwärts zählt; und eine CPU (zentrale Bearbeitungseinheit) zur Durchführung arithmetischer Operationen, um das Auftreten einer Fehlzündung zu ermitteln.

Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 6 wird über die Schnittstelle 8 an den Mikrocomputer 9 angelegt, in welchem es arithmetisch bearbeitet wird.

Nachstehend wird der Betrieb des auf diese Weise aufgebauten Fehlzündungserfassungssystems beschrieben.

Zuerst werden Beziehungen zwischen dem Kurbelwinkelsensor 6 und der Zündung und der Verbrennung erläutert. Die Fig. 3(a) und 3(b) zeigen Druckvariationen der Zylinder 2 bis 5 in bezug auf die Kurbelwinkel eines Viertakt-Vierzylindermotors, und entsprechende Signalformen. In Fig. 3(a) gibt die durchgezogene Linie die Signalform des Drucks in dem Zylinder Nr. 1 an; die gestrichelte Linie gibt die Signalform des Drucks in dem Zylinder Nr. 3 an; die einfach gepunktete, unterbrochene Linie die Signalform des Drucks in dem Zylinder Nr. 2; und die zweifach gepunktete, unterbrochene Linie die Signalform für den Druck in dem Zylinder Nr. 4. Weiterhin bezeichnen in Fig. 3(a) die Bezugszeichen TDC und BDC den oberen Totpunkt bzw. den unteren Totpunkt.

Wie aus den Fig. 3(a) bis 3(d) hervorgeht, weisen in dem Vierzylindermotor die Zylinder eine Phasendifferenz des Kurbelwinkels von 180° im Verbrennungszyklus auf. Zur Erleichterung der Darstellung sind in bezug auf die Signalformen des Drucks in den Zylindern Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 die Verdichtungshübe und die Verbrennungshübe gezeigt.

Wie in Fig. 3(b) gezeigt, erzeugt der Kurbelwinkelsensor 6 entsprechend dem Zündtakt jedes der Zylinder 2 bis 5 ein periodisches Signal mit einem Zyklus von 180° mit einer Bezugsposition, die beispielsweise 6° vor dem oberen Totpunkt beträgt, auf solche Weise, daß das periodische Signal in zwei Teile unterteilt ist; beispielsweise ein Niedrigpegelintervall von 110°, und ein Hochpegelintervall von 70°. Im allgemeinen wird bei der Zündsteuerung oder Regelung in bezug auf dieses periodische Signal die Energieversorgung der Zündspulen (nicht gezeigt) gesteuert bzw. geregelt.

Beispielsweise wird im Falle des Zylinders Nr. 1 die Energieversorgung der Zündspule während des Hochpegelintervalls in dem Verdichtungshub zwischen den Kurbelwinkeln 180° und 360° begonnen, und die Energieversorgung der Zündspule wird in bezug auf das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 6 abgeschaltet, welches sich nahe dem oberen Totpunkt entsprechend dem Zündtakt von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel ändert, so daß eine Hochspannung induziert wird. Die auf diese Weise induzierte Hochspannung wird zur Zündung an die Zündkerze angelegt. Daher ändert sich der Druck in dem Zylinder so, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 3(a) angegeben ist; die Zündung tritt daher in dem Explosionshub zwischen den Kurbelwinkeln 360° und 540° auf, so daß der Verbrennungsdruck ansteigt. Daraufhin tritt auf entsprechende Weise die Verbrennung in den übrigen Zylindern zyklisch mit einer Periode von 180° auf. Daher erfolgt die Verbrennung in der Reihenfolge des Zylinders 1, des Zylinders Nr. 3, des Zylinders Nr. 4 und des Zylinders Nr. 2.

Nachstehend wird konkret ein Fehlzündungserfassungsverfahren gemäß der Erfindung beschrieben.

Die Fig. 3(a) und 3(c) zeigen die Verbrennung bezüglich der Drehzahl. In den Figuren beträgt die Drehzahl des Motors 1000 U/min. Von den Signalformen für den Druck in dem Zylinder Nr. 1, bezeichnet durch die durchgezogene Linie in Fig. 3(a), gibt der Teil um einen Kurbelwinkel von 360° herum den Fall an, in welchem eine normale Verbrennung stattfindet. Eine in den Zylinder im Einlaßhub eingefüllte Gasmischung wird im Verdichtungshub komprimiert, und im Verdichtungshub im wesentlichen am oberen Totpunkt gezündet, im Explosionshub plötzlich expandiert, und dann im Auslaßhub aus dem Zylinder ausgestoßen.

Nachstehend wird eine Fehlzündung beschrieben, die bei einem Fehler der Zündung auftritt, oder infolge eines ungeeigneten Mischverhältnisses von Luft und Brennstoff.

Das Auftreten einer Fehlzündung dieser Art entspricht dem Abschnitt der Drucksignalform, welcher um einen Kurbelwinkel von 1080° herum liegt und in bezug auf den oberen Totpunkt symmetrisch verläuft. In diesem Fall erfolgt überhaupt keine Verbrennung, so daß also eine Fehlzündung auftritt. Ist die Fehlzündung allerdings nicht so schwerwiegend, dann beträgt der Druckübergang im Explosionshub etwa die Hälfte des Wertes, der durch die normale Signalform des Drucks angegeben ist, der zwischen den Kurbelwinkeln von 360° und 540° herrscht. Andererseits wird, wie aus einem Bereich der Kurbelwinkel zwischen 0° und 1080° in Fig. 3(c) deutlich wird, die Drehzahl erhöht, wenn sich beim Explosionshub in jedem Zylinder das Drehmoment erhöht, und nimmt im Verdichtungshub ab.

Wenn eine Fehlzündung auftritt, so wird, wie aus dem Bereich der Kurbelwinkel unterhalb von 1080° hervorgeht, das Drehmoment nicht durch die Explosion erhöht, und daher wird die Drehzahl verringert, bis die Explosion in dem nächsten Zylinder auftritt; im vorliegenden Fall, in dem Zylinder Nr. 3. Auf der Grundlage der Erkenntnis dieser Tatsache wurde die vorliegende Erfindung entwickelt; gemäß der Erfindung soll daher aus Änderungen der Drehzahl der Kurbelwinkel in einem vorbestimmten Intervall ermittelt werden, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist oder nicht.

Fig. 4 und die Fig. 5 bis 6 sind ein Zeitablaufdiagramm bzw. Flußdiagramme zur Beschreibung der arithmetischen Operationen des voranstehend erwähnten Mikrocomputers 9. Bei der Ausführungsform werden in Fig. 3(b) sowohl ein Zeitraum entsprechend dem Hochpegelintervall TL eines Kurbelwinkels 70°, der 6° vor dem oberen Totpunkt liegt, des Zündperiodensignals, als auch ein Zeitraum entsprechend dem Niedrigpegelintervall TU eines Kurbelwinkels 110°, welcher den oberen Totpunkt abdeckt, gemessen, und es wird aus dem Verhältnis dieser Zeitperioden ermittelt, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist oder nicht.

Das Zeitablaufdiagramm von Fig. 4 dient zur Beschreibung arithmetischer Operationen in bezug auf Kurbelwinkel. Jedesmal 76° vor dem oberen Totpunkt (nachstehend als "BTDC 76°" bezeichnet), findet in Reaktion auf das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 6 eine Unterbrechung ("Interrupt") in dem Mikrocomputer 9 über die Schnittstelle 8 statt, so daß ein Interrupt-Bearbeitungsprogramm entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 5 ausgeführt wird, und alle 6° vor dem oberen Totpunkt (nachstehend als "BTDC 6°" bezeichnet) werden Operationen entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 6 ausgeführt.

Im Schritt S51 von Fig. 5 liest die CPU 12 den Zählwert des Taktgebers 11, der in Reaktion auf einen vorbestimmten Zeittaktimpuls aufwärts zählt, und speichert ihn in einem Speicher MB 76 (nicht gezeigt) in der Speichereinrichtung 10. Der auf diese Weise gespeicherte Wert stellt den Zeitpunkt bei BTDC 76° dar. Daraufhin wird im Schritt S52 festgestellt, in bezug auf eine (nicht gezeigte) Marke, ob der vorliegende Bearbeitungsvorgang das erstemal nach dem Start des Programms erfolgt oder nicht. Die Marke wurde so gesetzt, daß sie anzeigt, daß der vorliegende Bearbeitungsvorgang das erstemal nach dem Start des Programms abläuft. In diesem Fall wird die Marke gelöscht, und da das Ergebnis der Ermittlung "JA" ist, endet der Bearbeitungsvorgang.

Als nächstes wird die CPU 12 dazu veranlaßt, zu warten, bis das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 6 den Wert von BTDC 6° anzeigt. Während der Motor läuft, wird BTDC 6° erreicht, wie in Fig. 4 gezeigt, worauf erneut eine Unterbrechung mit Hilfe des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 6 erfolgt, so daß die in dem Flußdiagramm von Fig. 6 gezeigten Operationen ausgeführt werden. Daher wird im Schritt 61 von Fig. 6 der Zählwert des Taktgebers 11 gelesen, so daß der Wert, welcher die BTDC 6° entsprechende Zeit repräsentiert, in einem Speicher MB 6 (nicht gezeigt) gespeichert wird.

Als nächstes wird im Schritt S62 in bezug auf die Zeit entsprechend BTDC 76°, die im Schritt 51 von Fig. 5 gespeichert wurde, ein Zeitraum entsprechend einem Intervall TL, welches in Fig. 4 gezeigt ist, aus der nachstehenden Gleichung (1) berechnet:

TL = MB76-MB6 (1)

Der auf diese Weise berechnete Zeitraum TL wird in einem Speicher MTL (nicht gezeigt) gespeichert, und der Bearbeitungsvorgang wird beendet.

Wenn dann die Position von BTDC 76° entsprechend einem Zündsignal für den nächsten Zylinder erreicht wird, werden erneut die in Fig. 5 gezeigten Bearbeitungsoperationen ausgeführt. Im Schritt S51 wird der Inhalt des Speichers MB 76 für die nächste Operation aktualisiert, und der Schritt S52 wird durchgeführt. Da die ursprüngliche Marke durch den vorherigen Vorgang gelöscht wurde, wird der Schritt S53 durchgeführt. Im Schritt S53 wird in bezug auf die Zeit entsprechend BTDC 6°, die im Schritt S61 von Fig. 6 erhalten wurde, ein Zeitraum entsprechend einem in Fig. 4 gezeigten Intervall TU aus der nachstehenden Gleichung (2) berechnet:

TU MB6-MB76 (2)

Dann wird das Zeitverhältnis aus der nachstehenden Gleichung (3) berechnet:

Zeitverhältnis = TU/TL (3)

Daraufhin wird im Schritt S54 festgestellt, ob das auf diese Weise berechnete Zeitverhältnis größer als ein vorbestimmter Wert ist, um das Auftreten einer Fehlzündung festzustellen. Ist es größer, so wird der Schritt S55 durchgeführt, um festzustellen, daß eine Fehlzündung aufgetreten ist. Ist es kleiner, so wird der Schritt S56 durchgeführt, um festzustellen, daß sich der Motor in einem normalen Zustand befindet. Dann wird der Bearbeitungsvorgang beendet.

Auf entsprechende Weise werden mit BTDC 76° die in dem Flußdiagramm von Fig. 5 gezeigten Operationen ausgeführt, und mit BTDC 6° werden entsprechend die in dem Flußdiagramm von Fig. 6 gezeigten Operationen ausgeführt, so daß die Zeitverhältnisse der Zylinder aufeinanderfolgend berechnet werden.

Fig. 3(d) gibt Beziehungen zwischen dem Auftreten von Fehlzündungen und den Zeitverhältnissen an (TU/TL/(%)). In Fig. 3(d) gibt die durchgezogene Linie die Zeitverhältnisse an, welche für die Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4 berechnet wurden. Der Wert "158%", der durch die unterbrochene Linie in Fig. 3(d) angedeutet ist, kann als der vorbestimmte Wert zur Ermittlung des Auftretens einer Fehlzündung im Schritt S54 in Fig. 5 verwendet werden. In diesem Fall wird das Zeitverhältnis TU/TL entsprechend dem Auftreten einer Fehlzündung in dem Zylinder Nr. 1 um einen Kurbelwinkel von 1080° herum vergrößert, wodurch es größer als der vorbestimmte Wert wird. Auf diese Weise kann das Auftreten einer Fehlzündung festgestellt werden.

Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform wird der die Zündung steuernde Kurbelwinkelsensor verwendet, und daher ist es nicht erforderlich, zusätzlich einen Sensor zur Ermittlung des Auftretens einer Fehlzündung zur Verfügung zu stellen. Da das Zeitverhältnis durch Teilen durch die Zeit im Verdichtungshub erhalten wird, kann darüber hinaus die Variation der Belastung des Motors normiert werden.

Nachstehend wird unter Bezug auf die Fig. 6 bis 9 ein Verfahren zur Ermittlung des Auftretens eine Fehlzündung aus einer Beschleunigung, einer Änderung oder Winkel geschwindigkeit beschrieben.

Wie voranstehend erläutert, dient das Zeitablaufdiagramm von Fig. 7 zur Beschreibung arithmetischer Operationen in bezug auf Kurbelwinkel, die Flußdiagramme der Fig. 8 und 6 dienen zur Beschreibung der Operation des Mikrocomputers 9, und das Zeitablaufdiagramm von Fig. 9 dient dazu, das Auftreten einer Fehlzündung entsprechend der Beschleunigung zu zeigen.

Als Interrupt-Bearbeitungsprogramm für alle BTDC 6° wird das Flußdiagramm von Fig. 6 eingesetzt, und als Interrupt-Bearbeitungsprogramm alle BTDC 76° wird anstelle des Flußdiagramms von Fig. 5 das Flußdiagramm von Fig. 8 verwendet. In diesen Figuren bezeichnet der Index (i) den momentanen Wert und (i-1) den vorherigen Wert.

Wenn in Fig. 7 der Kurbelwinkel BBDC 76° erreicht, werden die in dem Flußdiagramm von Fig. 8 gezeigten Operationen durchgeführt. In Fig. 8 gleichen die Schritte S71 und S72 den Schritten S51 und S52 in Fig. 5. Da der momentane Bearbeitungsvorgang das erstemal nach dem Start des Programms abläuft, wird die Zeit zu diesem Zeitpunkt in dem Speicher MB 76 abgespeichert, und der Bearbeitungsvorgang beendet.

Wenn in Fig. 7 die Position von BBDC 6° erreicht wird, die unmittelbar vor dem unteren Totpunkt liegt, so werden die in dem Flußdiagramm von Fig. 6 gezeigten Operationen durchgeführt. Daher wird die Zeit zu diesem Zeitpunkt in dem Speicher MB 6 gespeichert, während ein Zeitraum entsprechend einem Intervall TL_i-1 aus der voranstehend genannten Gleichung (1) berechnet und in dem Speicher MTL gespeichert wird, und dann wird die Bearbeitungsoperation beendet. Wenn daraufhin die Position von BTDC 76° entsprechend dem Zündsignal des nächsten Zylinders erreicht wird, werden erneut die in dem Flußdiagramm von Fig. 8 gezeigten Operationen ausgeführt.

In Schritt S71 wird die Zeit zu diesem Zeitpunkt in dem Speicher MB 76 abgespeichert. Im Schritt S72 ist das Ergebnis der Abfrage "NEIN". Daher wird der Schritt S73 ausgeführt. Im Schritt S73 wird ein Zeitraum entsprechend einem Intervall TU_i-1 aus der voranstehend genannten Gleichung (2) berechnet, und das Zeitverhältnis wird entsprechend der voranstehend erwähnten Gleichung (3) berechnet. Daraufhin wird im Schritt S74 ein Zeitraum entsprechend einem Intervall T_i-1 aus der nachstehenden Gleichung (4) berechnet, unter Verwendung des in dem Speicher MTL gespeicherten Wertes, und des Wertes TU, der im Schritt S73 berechnet wurde:

T_i = TL + TU (4)

Als nächstes wird im Schritt S75 in bezug auf ein (nicht gezeigtes) Programm ermittelt, ob die momentane Bearbeitungsoperation das zweite Mal erfolgt oder nicht. Zu diesem Zweck wurde die Marke so gesetzt, daß sie anzeigt, daß die momentane Bearbeitungsoperation das zweite Mal nach dem Start des Programms erfolgt. In diesem Fall wird die Marke gelöscht, und da das Ergebnis dieser Abfrage "JA" ist, wird der Schritt S80 durchgeführt.

Im Schritt S80 wird der Summenzeitraum T_i, der entsprechend der voranstehend genannten Gleichung (4) berechnet wurde, in einem Speicher MT_i-1 gespeichert, in welchem der vorherige Wert für T_i gespeichert wurde, und entsprechend wird das Zeitverhältnis TU/TL, welches entsprechend der voranstehenden Gleichung (3) berechnet wurde, in einem Speicher MTU_i-1/TL_i-1 gespeichert, in welchem der vorherige Wert TU/TL gespeichert wurde. Dann ist die Bearbeitungsoperation beendet. Wenn beim weiteren Lauf des Motors die Position von BTDC 6° erreicht wird, die unmittelbar vor dem oberen Totpunkt in Fig. 7 liegt, werden die Operationen in dem Flußdiagramm von Fig. 6 ausgeführt. Die Zeit zu diesem Zeitpunkt wird in dem Speicher MB 6 gespeichert, und es wird ein Zeitraum entsprechend einem Intervall TL_i in Fig. 7 aus der voranstehend erwähnten Gleichung (1) berechnet, und in dem Speicher MTL gespeichert.

Wenn als nächstes die Position von BTDC 76° entsprechend dem Zündsignal des nächsten Zylinders erreicht wird, werden die Operationen in dem Flußdiagramm von Fig. 8 ausgeführt. Diese Bearbeitungsoperation erfolgt das dritte Mal, und daher werden die Schritte S71, S72, S73 und S74 ausgeführt, so daß die Zeit zum momentanen Zeitpunkt in dem Speicher MB76 gespeichert wird, und ein Zeitraum TU entsprechend dem Intervall TU_i, sowie ein Zeitraum entsprechend dem Intervall T_i in Fig. 7 werden aus der voranstehend angegebenen Gleichung (2) bzw. (3) berechnet. Daraufhin wird der Schritt S75 ausgeführt, um festzustellen, wie häufig die Bearbeitungsoperation ausgeführt wurde. Da die Marke bei der zweiten Bearbeitungsoperation im Schritt S75 gelöscht wurde, ist das Ergebnis der Abfrage "NEIN". Daher wird der Schritt S76 ausgeführt. Im Schritt S76 wird die Beschleunigung aus der nachstehend angegebenen Gleichung (5) berechnet, unter Verwendung der voranstehend erwähnten gespeicherten und berechneten Werte:

Beschleunigung = TL_i/(T_i-1)³×[TU_i/TL_i-(TU_i-1/TL_i-1)] (5)

Daraufhin wird im Schritt 77 festgestellt, ob die auf diese Weise berechnete Beschleunigung größer als ein vorbestimmter Wert ist, entsprechend dem Auftreten einer Fehlzündung. Ist sie größer, so wird der Schritt S78 ausgeführt, so daß das Auftreten einer Fehlzündung festgestellt wird; und wenn sie kleiner ist, dann wird der Schritt S79 ausgeführt, so daß festgelegt wird, daß sich der Motor in einem normalen Zustand befindet. Daraufhin wird der Schritt S80 ausgeführt. Im Schritt S80 werden, zur Bereitschaft für die vierte und weitere Bearbeitungsoperationen, die Werte T_i und TU/TL zu diesem Zeitpunkt in dem Speicher T_i-1 bzw. MTU_i-1/TL_i-1 gespeichert. Dann ist die Bearbeitungsoperation beendet.

Entsprechend wird, wenn BTDC 76° erreicht wird, die Bearbeitungsoperation entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 8 ausgeführt; und wenn BTDC 6° erreicht wird, wird entsprechend die Bearbeitungsoperation gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 6 durchgeführt, so daß die Beschleunigung für jeden der Zylinder berechnet wird.

Nachstehend wird die Beschleunigung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Bei der hin- und hergehenden bzw. der kreisförmigen Bewegung des Motors wird die Winkelbeschleunigung α (rad/s²) aus der nachstehenden Gleichung <6) berechnet:

α = (ω_i-ω_i-1)/T_i (6)

wobei ω_i die Winkelgeschwindigkeit in einem Zeitraum T_i ist, und T_i die Zündperiode ist.

Die Winkelgeschwindigkeit ω_i ist durch folgende Beziehung gegeben:

w_i = 4π/c×(1/T_i) (7)

wobei c die Anzahl oder Nummer der Zylinder ist.

Aus den voranstehend angegebenen Gleichungen (6) und (7) erhält man:

α = 4π/c×(1/T_i)×{T_i/T_i²-[TL_i-1/(T_i-1)²]} (8)

Ist T_i-1 = T_i + ΔT_i, und ist ΔT_i² < 1, dann ergibt sich annähernd die nachstehende Gleichung (9):

α = 4π/c×(T_i-T_i-1)/T_i³ (9)

Die Beziehung zwischen dem Summenzeitraum T_i und dem Zeitverhältnis TU/TL ist: T_i = TL + TL. Der Term (Zeitraum) TL betrifft Daten bezüglich der Menge eingelassener Luft in dem Verdichtungshub, und bedeutet eine Normierung des Wertes TU durch eine Luftbezugsmenge. Falls angenommen wird, daß benachbarte Zylinder eine konstante Menge eingelassener Luft aufweisen, dann gilt: TL_i = TL_i-1.

Aus den Beziehungen ΔT_i = T_i-1-T_i = TU_i-1-TU_i, erhält man die nachstehende Gleichung (10):

α = 4π/c×(TL_i/T_i³)×[TU_i/TL_i-(T_i-1/TL_i-1)] (10)

Bei der Erfindung ist der Term 4 π/c ausgeschaltet, und es wird für die Winkelgeschwindigkeit der nachstehende, angenäherte Ausdruck (11) verwendet. Daher ergibt sich die Beschleunigung (1/s²) wie folgt

Beschleunigung = TL_i/(T_i-1)³×[TU_i/TL_i-(TU_i-1/TL_i-1)] (11)

Daher wird die Änderung der Winkelgeschwindigkeit, die infolge des Auftretens einer Fehlzündung geschieht, als Beschleunigung ermittelt.

Fig. 9 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung des Vorgangs der Ermittlung des Auftretens einer Fehlzündung aus der Beschleunigung. Der Inhalt der Fig. 9(a), 9(b) und 9(c) gleicht dem der Fig. 3(a), 3(b), und 3(c), welche zur Beschreibung der Erfassung einer Fehlzündung aus dem Zeitverhältnis verwendet wurden, mit der Ausnahme, daß zusätzlich Symbole für die Beschleunigung verwendet werden.

Fig. 9(d) zeigt die Beziehungen zwischen dem Auftreten von Fehlzündungen und den Werten der Beschleunigung (1/s²). In Fig. 9(d) gibt die durchgezogene Linie die Werte der Beschleunigung an, die für die Zylinder #1 bis #4 berechnet wurden. Falls der Wert "5" (1/s²), der durch die unterbrochene Linie im Teil (e) von Fig. 9 gezeigt ist, als der Fehlzündungsbeurteilungswert im Schritt S77 von Fig. 8 eingestellt wird, dann kann das Auftreten einer Fehlzündung im Zylinder #1, welche um einen Kurbelwinkel von 1080° herum auftritt, aus der Beschleunigung ermittelt werden.

Nachstehend wird die Berechnung der Beschleunigung durch den Mikrocomputer 9 (Fig. 2) beschrieben.

Wie voranstehend beschrieben, erfolgt bei dieser Ausführungsform die Berechnung der Beschleunigung entsprechend der voranstehend angegebenen Gleichung (11). Bei dieser Operation wird die Beschleunigung so berechnet, daß ein Interrupt synchron zum Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors erfolgt, und die Bearbeitungszeit sollte verkürzt werden. Zu diesem Zweck wird der Zeitraum oder die Kurbelwinkelperiode (TL, TU oder T) auf zwei Byte (oder 16 Bits) eingestellt.

Weiterhin wird die Auflösung für die Erfassung der Zeit entsprechend dem Winkelintervall variabel gewählt, abhängig von der Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors (also der Drehzahl). Wenn daher die Motordrehzahl hoch und die Kurbelwinkelperiode kurz ist, wird die Auflösung herabgesetzt (0,6 µs), und wenn die Motordrehzahl niedrig und die Kurbelwinkelperiode lang ist, so wird die Auflösung erhöht (1,0 µs, 2,0 µs, . . .), so daß sie 2 Byte oder weniger beträgt. Durch Einstellung der Zeiterfassungsauflösung entsprechend der Motordrehzahl auf die voranstehend beschriebene Weise kann die Kurbelwinkelperiode 2 Byte oder weniger in bezug auf sämtliche Motordrehzahlen betragen. Daher kann die Bearbeitungsoperation schnell durchgeführt werden, und das Auftreten einer Fehlzündung mit hoher Genauigkeit ermittelt werden, selbst bei hohen Motordrehzahlen.

Unter Bezug auf das Flußdiagramm von Fig. 10 wird nachstehend ein Beispiel für die Berechnung der Zeiterfassungsauflösung beschrieben. Fig. 10 zeigt den Inhalt des Schrittes S62 in Fig. 6 mit weiteren Einzelheiten. Zuerst wird im Schritt S81 eine Kurbelwinkelperiode aus dem Zählerwert MB 6 und MB 76 erhalten, und in dem Speicher TMP gespeichert. Im Schritt S82 wird die Auflösung auf einen Minimalwert (0,5 µs) eingestellt. Daraufhin wird im Schritt S83 der Inhalt des Speichers TMP mit dem Maximalwert (2¹⁶ × Auflösung) von 2 Byte verglichen. Ist der Inhalt des Speichers TMP größer, so wird der Schritt S84 ausgeführt, in welchem die Auflösung verdoppelt wird (auf 1,0 µs), und der Schritt S83 wird erneut durchgeführt. Ist der Inhalt des Speichers TMP kleiner, so wird der Schritt S85 durchgeführt. Im Schritt S85 wird die Auflösung von TL entsprechend der auf diese Weise berechneten Auflösung ermittelt, und der Wert des Speichers TMP wird in dem Speicher MTL gesetzt.

Durch Einstellung der Kurbelwinkelperiode innerhalb von 2 Byte auf die voranstehend beschriebene Weise kann das Programm in dem Arithmetikabschnitt verkürzt und vereinfacht werden, und daher kann die Bearbeitungszeit verringert werden. Darüber hinaus wird die Auflösung verringert, wenn die Motordrehzahl hoch und die Kurbelwinkelperiode kurz ist, und dies führt dazu, daß eine hohe Meßgenauigkeit aufrechterhalten wird, und die Arbeitsbelastung des Mikrocomputers kann verringert werden. Daher ist das Fehlzündungserfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung für einen derartigen Fall geeignet, in welchem die Motorsteuer- und Regelvorgänge und der Fehlzündungserfassungsvorgang mit nur einem Mikrocomputer durchgeführt werden. Daher kann mit dem Fehlzündungserfassungssystem gemäß der Erfindung das Auftreten einer Fehlzündung mit hoher Exaktheit festgestellt werden. Da das Zeitverhältnis durch Teilen durch die Zeit im Verdichtungshub erhalten wird, kann darüber hinaus die Lastvariation des Motors normiert werden.

Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Fehlzündungsbeurteilungswert ein fester Wert. Er kann jedoch auch der Durchschnittswert der Zeitverhältnisse oder der Beschleunigungswerte sein, welche eine vorbestimmte Anzahl von Zeiten vorher ermittelt wurden, oder ein durch andere Mittlungsverfahren erhaltener Wert, oder ein Wert, der durch statistische Operationen erhalten wird. Zusätzlich kann der Fehlzündungsbeurteilungswert jedes der Zylinder gespeichert werden, so daß er dann angezeigt wird, wenn Fehlzündungen eine vorbestimmte Anzahl von Malen auftreten, oder es kann die Rate des Auftretens von Fehlzündungen in einem vorbestimmten Zeitraum berechnet werden, um angezeigt zu werden. Darüber hinaus kann das System so ausgelegt werden, daß ein Zylinder oder mehrere Zylinder, bei dem bzw. denen Fehlzündungen auftreten, ermittelt und identifiziert wird bzw. werden.

Zwar wurden die Ausführungsformen in bezug auf einen Vierzylindermotor beschrieben, jedoch ist es selbstverständlich, daß das technische Prinzip der Erfindung ebenso bei einem Motor mit einem einzigen Zylinder oder anderen Motoren mit mehreren Zylindern anwendbar ist.

Wie voranstehend erläutert, weist das Fehlzündungserfassungssystem gemäß der Erfindung auf: Die Zeitverhältnisermittlungseinrichtung zur Erfassung des Zeitverhältnisses der Zeiträume entsprechend vorbestimmten Winkelintervallen, welche vor und nach dem vorbestimmten Kurbelwinkel des Motors vorgesehen sind; und die Fehlzündungsbeurteilungseinrichtung zum Erhalten der Beschleunigung oder des Zeitverhältnisses, um aus der Beschleunigung oder dem Zeitverhältnis zu ermitteln, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist oder nicht. In dem System wird die Auflösung zur Erfassung der Zeiträume entsprechend den vorbestimmten Winkelintervallen entsprechend der Anzahl der Umdrehungen des Motors pro Minute geändert, so daß die Fehlzündungserfassungsgeschwindigkeit erhöht wird, wobei die Meßgenauigkeit hoch bleibt, und die Arbeitsbelastung des Mikrocomputers verringert wird.

Claims

1. Fehlzündungserfassungssystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit innerer Verbrennung, mit
einer Einrichtung (6, 8) zur Ausgabe eines periodischen Signals mit zwei Zeiträumen (TL, TU), die vorbestimmten Winkelintervallen (BTDC76°-BTDC6°, BTDC6°-BBDC76°) entsprechen, die in dem periodischen Signal vor (BTDC76°-BTDC6°) beziehungsweise hinter (BTDC6°-BBDC76°) einem bestimmten Bezugskurbelwinkel liegen, wobei der bestimmte Bezugskurbelwinkel (BTDC6°) kurz vor dem oberen Totpunkt (TDC) der Brennkraftmaschine (1) liegt;
einer Zeitverhältnisermittlungseinrichtung (9) zur Erfassung des Verhältnisses (TU/TL) der beiden Zeiträume (TU, TL); und
einer Fehlzündungsbeurteilungseinrichtung (9) zum Vergleichen des Verhältnisses (TU/TL) der beiden Zeiträume (TU, TL) mit einem vorbestimmten Wert, und zur Feststellung, daß eine Fehlzündung aufgetreten ist, wenn das Verhältnis (TU/TL) größer ist als der vorbestimmte Wert;
gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9) zur Änderung der Zeitauflösung zur Erfassung der beiden Zeiträume entsprechend der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine pro Minute.

2. Fehlzündungserfassungssystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit innerer Verbrennung, mit
einer Einrichtung (6, 8) zur Ausgabe eines periodischen Signals mit zwei Zeiträumen (TL_i, TU_i), die vorbestimmten Winkelintervallen (BTDC76°-BTDC6°, BTDC6°-BBDC76°) entsprechen, die in dem periodischen Signal vor (BTDC76°-BTDC6°) beziehungsweise hinter (BTDC6°-BBDC76°) einem bestimmten Bezugskurbelwinkel (BTDC6°) liegen, wobei der bestimmte Bezugskurbelwinkel (BTDC6°) kurz vor dem oberen Totpunkt (TDC) der Brennkraftmaschine (1) liegt, und zur Ausgabe eines Summenzeitraums (T_i = TL_i + TU_i) der beiden Zeiträume (TL_i, TU_i);
einer Zeitverhältnisermittlungseinrichtung (9) zur Erfassung des Verhältnisses (TU/TL) der beiden Zeiträume (TU_i, TL_i); und
einer Fehlzündungsbeurteilungseinrichtung (9) zur Berechnung einer wobei der Index "i" einen momentanen Wert bezeichnet und der Index "i-1" einen vorherigen Wert,
und zum Vergleichen der Beschleunigung mit einem vorbestimmten Wert, wobei die Fehlzündungsbeurteilungseinrichtung (9) feststellt, daß eine Fehlzündung stattgefunden hat, wenn die berechnete Beschleunigung größer als der vorbestimmte Wert ist;
gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9) zur Änderung der Zeitauflösung zur Erfassung der Zeiträume (TU_i, TL_i) entsprechend der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine (1) pro Minute.

Fehlzündungserfassungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert ein fester Wert ist.

4. Fehlzündungserfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert ein Mittelwert der Verhältnisse der Zeiträume ist, die eine bestimmte Anzahl von Malen vorher ermittelt wurden.