DE60119879T2

DE60119879T2 - Vorrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60119879T2
Application number: DE60119879T
Authority: DE
Inventors: K. K. Honda Gijyutsu Kenkyusho Kenichi Wako-shi Ishida; K. K. Honda Gijyutsu Kenkyusho Toshihiro Wako-shi Okama; K. K. Honda Gijyutsu Kenkyusho Gakuji Wako-shi Moriya; K. K. Honda Gijyutsu Kenkyusho Kazuyuki Wako-shi Kubo; Tomoyuki Kimura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2006-11-30
Also published as: DE60119879T8; US6803765B2; US20020093339A1; EP1217207A3; DE60119879D1; EP1217207B1; EP1217207A2

Description

Diese Erfindung betrifft ein System zur Erfassung von Fehlzündungen für Verbrennungsmotoren, welches eine Motorfehlzündung auf Grundlage eines Ionisationsstroms erfasst, der bei Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemischs auftritt, insbesondere ein derartiges Fehlzündungserfassungssystem für Verbrennungsmotoren, welches eine fehlerhafte Erfassung von Fehlzündungen aufgrund von Fluktuationen in der Entladungszeitdauer einer Zündspule oder aufgrund von durch die Zündspule erzeugtem Rauschen verhindert.
In einem Benzin- oder anderen Ottomotor wird eine durch eine Zündspule erzeugte hohe Spannung durch einen Zündverteiler oder dgl. an in den einzelnen Zylindern angebrachte Zündkerzen angelegt. Die Funkenentladung, welche die Hochspannung über den Spalt zwischen den Zündkerzenelektroden erzeugt, zündet das Luft/Kraftstoffgemisch, was eine Verbrennung verursacht. Wenn jedoch bestimmte Umstände während des Motorzünd/verbrennungstakts vorhanden sind, verläuft die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs nicht normal, d.h. es treten Fehlzündungen auf.
Die Ursachen von Fehlzündungen lassen sich in zwei Klassen einteilen, nämlich diejenigen, die dem Kraftstoffsystem zuzuschreiben sind, und diejenigen, die dem Zündsystem zuzuschreiben sind. Dem Kraftstoffsystem zuzuschreibende Fehlzündungen sind das Ergebnis eines entweder übermäßig mageren oder übermäßig fetten Luft/Kraftstoffgemischs. In diesem Fall wird eine Funkenentladung über den Spalt der Zündkerze hinweg erzeugt, aber das Luft/Kraftstoffgemisch zündet nicht. Dem Zündsystem zuzuschreibende Fehlzündungen sind das Ergebnis von Verschwelung der Zündkerze, was durch das Anhaften nicht verbrannten Kraftstoffs an der Zündkerze verursacht wird, oder eines Problems in der Zündschaltung, welches eine normale Funkenentladung verhindert (fehlerhafte Funkenentstehung).
Wenn das Luft/Kraftstoffgemisch normal brennt, geht die Verbrennung mit Ionisation des Luft/Kraftstoffgemischs einher (genauer ausgedrückt, des durch normale Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs erzeugten Verbrennungsgases), was zu einem Ionisationsstrom führt. Wenn eine Fehlzündung auftritt und das Luft/Kraftstoffgemisch nicht brennt, wird das Luft/Kraftstoffgemisch nicht ionisiert und es tritt kein Ionisationsstrom auf.
10 zeigt die Ionisationsstromwellenformen während einer Fehlzündung und normaler Verbrennung, wobei die Entladung durch eine Hochspannung negativer Polarität erzeugt wird. Wie gezeigt ist, erhöht sich die Ionisationsstromwellenform während einer normalen Verbrennung, d.h. wenn Ionen erzeugt werden, unmittelbar nach der Entladung über die Zündkerzenelektroden hinweg (wie bei A in der Zeichnung gezeigt ist) sofort in der Minusrichtung auf einen Spitzenwert, fließt danach proportional zum Volumen oder der Anzahl von erzeugten Ionen und kehrt schließlich zu einem gegebenen Pegel zurück. Während einer Fehlzündung, d.h. wenn keine Ionen erzeugt werden, erhöht sich die Wellenform unmittelbar nach dem Ende der Entladung (wie in A' in der Zeichnung gezeigt ist) sofort in der Minusrichtung auf einen Spitzenwert und kehrt dann sofort auf den gegebenen Pegel zurück.
Ein weit verbreitetes Verfahren zur Erfassung von Motorfehlzündungen war es bisher, den während des Verbrennungstakts auftretenden Ionisationsstrom (Stromwellenform) zu erfassen, und zwar unter Verwendung der Zündkerze, genauer gesagt, deren Elektroden, als ein Aufnehmer zur Erfassung des Ionisationsstroms, und den erfassten Wert mit einem vorgeschriebenen Wert zu vergleichen, wie beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 5(1993)-99956 gelehrt wird.
Wenn der Zündbefehlsstrompuls an die Zündspule auf EIN geschaltet wird (d.h. wenn Strom zugeführt wird), erhöht sich die Stromwellenform in der Minusrichtung sowohl während Fehlzündungen als auch während normaler Verbrennung auf einen Spitzenwert (wie in der Zeichnung bei B und B' gezeigt ist). Diese bei A (A') und B (B') erscheinenden Spitzenwerte werden durch induktives Rauschen verursacht, welches durch die elektromagnetische Induktion der Zündspule erzeugt wird, und es ist eine Maßnahme erforderlich, um zu verhindern, dass dieses die Fehlzündungserfassung beeinträchtigt (Diskriminierung).
In dieser Hinsicht lehrt der genannte Stand der Technik (Nr. Hei 5(1993)-99956 sowie die US-A-5778855), dass der ungünstige Effekt von induktivem Rauschen eliminiert werden kann, um lediglich die tatsächliche Ionisationsstromwellenform zu erfassen und eine genaue Fehlzündungserfassung (Diskriminierung) zu erreichen, indem (durch Maskieren) eine Stromwellenformerfassung über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg, nachdem der Zündbefehlstrompuls zur Zündspule auf EIN geschaltet wurde und Strom zugeführt wird (insbesondere von der Zeit von dem bei B angedeuteten Anstieg der Stromwellenform bis zum bei A angedeuteten Abfall der Stromwellenform) nicht durchgeführt wird.
Diese bekannte Technik kann jedoch den Einfluss von Induktionsrauschen, wenn die Zündspulenentladungszeitdauerfluktuiert, wie es durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linien in 11 gezeigt ist, nicht vollständig eliminieren. Dies liegt daran, dass das durch diesen Stand der Technik gelehrte Verfahren eine Maskierung über eine vorbestimmte Zeitdauer durchführt, die auf den Zeitpunkt des Einschaltens des Zündbefehlstrompulses an die Zündspule (den Ladestartpunkt) als den Start der Maskierungszeitdauer folgt. Wenn die Entladezeitdauer der Zündspule sich verlängert, wird daher ein durch Induktionsrauschen induzierter Anstieg der Stromwellenform, der auftritt, nachdem die Maskierungszeitdauer vorübergegangen ist (wie bei C in der Zeichnung angezeigt ist) fehlerhaft erfasst und beeinträchtigt die Erfassung (Diskriminierung) von Fehlzündungen.
Da weiterhin der Strom zu anderen Zeiten als während der Maskierungszeitdauer konstant erfasst wird, werden durch verschiedene Arten von Rauschen erzeugte Ströme (wie sie bei D in der Zeichnung angezeigt sind) ebenfalls erfasst und haben eine ähnlich negative Wirkung auf die Fehlzün dungserfassung (Diskriminierung). Es kann daher eine Situation entstehen, bei der die bei C und D in der Zeichnung gezeigten Stromwellenformen fehlerhaft als das Ergebnis des Ionisationsstroms erfasst werden, obwohl eine Fehlzündung aufgetreten ist und tatsächlich kein Ionisationsstrom vorhanden ist.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorangehenden Probleme zu überwinden, und es ist eine Aufgabe, ein Fehlzündungserfassungssystem für Verbrennungsmotoren bereitzustellen, welches durch Fluktuationen in einer Zündspulenentladungszeitdauer, verschiedene Arten von Rauschen und dgl. nicht beeinträchtigt ist, und daher eine genaue Fehlzündungserfassung durch Verhindern einer auf solche Ursachen zurückzuführenden fehlerhaften Erfassung (fehlerhafte Diskriminierung), sicherstellen kann.
Zur Überwindung des vorangehenden Problems stellt die Erfindung ein System zum Erfassen von Fehlzündungen für einen Verbrennungsmotor mit einer Zündkerze, die einer Brennkammer eines Zylinders des Motors gegenüberliegend angebracht und mit einer Zündspule verbunden ist, welche eine Funkenentladung erzeugt, wenn ihr ein Entladestrom von der Zündspule zugeführt wird, um ein Luft/Kraftstoffgemisch in der Brennkammer zu zünden, bereit, umfassend: eine Stromerfassungsschaltung, die den Ionisationsstrom erfasst, der auf den Entladestrom folgend während einer Zeitdauer fließt, einen Fehlzündungsdetektor, der das Auftreten von Fehlzündungen des Motors auf Grundlage des erfassten Stroms erfasst, sowie eine Verarbeitungsverzögerungsschaltung, welche den Entladestrom oder/und den Ionisationsstrom einliest und auf Grundlage des eingelesenen Stroms den Start der Zeitdauer um einen Zeitpunkt verzögert, welcher nicht früher liegt als die Beendigung des Entladungsstroms.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden deutlicher unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und Zeichnungen, in denen:
1 ein erläuterndes Schaltbild ist, welches eine Zündschaltung zur Erzeugung eines Funkens in einer Zündkerze und eines Ionisationsstromdetektors zum Erfassen des während der Verbrennung erzeugten Ionisationsstroms eines Fehlzündungserfassungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
2 ein Schaltbild ist, das schematisch die Gesamtkonfiguration des Fehlzündungserfassungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform zeigt,
3 ein Blockschaubild ist, das die in 2 gezeigten Schaltungen in Blockform zeigt,
4 Zeitdiagramme sind, welche Ausgaben (erfasste Stromwellenformen und Pulse) im Motorfehlzündungserfassungssystem während einer normalen Verbrennung zeigen,
5 Zeitdiagramme sind, die Ausgaben (erfasste Stromwellenformen und Pulse) in dem Motorfehlzündungserfassungssystem während einer Fehlzündung zeigen,
6 eine Ansicht ähnlich 2 ist, die jedoch die Konfiguration eines Fehlzündungserfassungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
7 eine Ansicht ähnlich zu 3 ist, die jedoch die Konfiguration des Fehlzündungserfassungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt,
8 eine Ansicht ähnlich zu 4 ist, die jedoch die Konfiguration des Fehlzündungserfassungssystems für Verbrennungsmoto ren gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt,
9 eine Ansicht ähnlich zu 5 ist, die jedoch die Konfiguration des Fehlzündungserfassungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt,
10 ein Zeitdiagramm ist, das die Ionisationsstromwellenform während Fehlzündung und normaler Verbrennung zeigt, und
11 eine Ansicht ähnlich 10 ist, die jedoch ein Problem im Fehlzündungserfassungssystem gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Ein Fehlzündungserfassungssystem für Verbrennungsmotoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
1 ist ein teilweises Schaltbild des Motorfehlzündungserfassungssystems gemäß der Ausführungsform, welches eine Zündschaltung zur Erzeugung eines Funkens in einer Zündkerze und einen Ionisationsstromdetektor zum Erfassen eines während der Verbrennung erzeugten Ionisationsstroms zeigt.
Wie gezeigt ist, umfasst das Motorfehlzündungserfassungssystem eine Zündspule 10, deren primärseitige (auf der Niederspannungsseite liegende) Spule 10a mit einem Ende einer elektrischen Stromquelle (Onboard-Batterie) 12 verbunden ist, und die am anderen Ende über einen Leistungstransistor 16, der durch ein Zündsignal von einer ECU (elektronischen Steuer/Regeleinheit) 14 geschaltet wird, geerdet ist.
Ein Ende der sekundärseitigen (auf der Hochspannungsseite liegenden) Spule 10b der Zündspule 10 ist mit der Mittelelektrode 24a einer Zündkerze 24 verbunden, die derart angebracht ist, dass sie in eine Brennkammer 22 jedes Zylinders 20 (nur einer ist als der entsprechende Teil eines Zylinder kopfs 18 gezeigt) eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (der nur durch den Zylinder 20 gezeigt ist, usw.) gerichtet ist. Die (äußere) Erde-Elektrode 24b der Zündkerze 24 ist über den Zylinderkopf 18 geerdet. Auf die Beendigung einer Entladung folgend, wirkt die Zündkerze 24 als ein Aufnehmer zum Erfassen des Ionisationsstroms. Dies wird später im Detail erläutert.
Das andere Ende der sekundären Spule 10b der Zündspule 10 ist mit einem Ionisationsstromdetektor (Stromerfassungsschaltung) 30 verbunden. Der Ionisationsstromdetektor 30 umfasst eine Parallelschaltung eines Ionisationsstromerfassungskondensators 32, der in der gezeigten Polarität durch den Entladestrom geladen wird, und einer Zener-Diode 34, die die Ladespannung des Ionisationsstromerfassungskondensators 32 reguliert, einen Erfassungswiderstand 36, durch den der Ionisationsstromerfassungskondensator 32 geerdet ist, und eine Diode 38, um zu verhindern, dass der Strom durch die Zener-Diode 34 in Rückwärtsrichtung fließt, ist geerdet.
Die ECU 14 umfasst einen Mikrocomputer. In ihn werden die Ausgaben einer Gruppe von Sensoren eingegeben, einschließlich eines Kurbelwinkelsensors 40, der in der Nähe der Kurbelwelle oder Nockenwelle (keine gezeigt) des Motors angeordnet ist und ein Signal ausgibt, das die TDC-Position und die unterteilten Kurbelwinkel derselben der einzelnen Zylinder ausgibt, einen Krümmerabsolutdrucksensor 42, der ein den Absolutdruck (PBA) im Ansaugrohr wiedergebendes Signal ausgibt, und andere in der Zeichnung nicht gezeigte Sensoren.
Die Betriebsweise der gezeigten Anordnung wird nun erläutert. Der Stromfluss von der Stromquelle 12 durch die Primärspule 10a wird durch den Leistungstransistor 16 in Reaktion auf das Zündsignal (Zündbefehlsstrompuls) von der ECU 14 geschaltet (nach EIN geschaltet und nach AUS geschaltet).
Wenn der Zündbefehlstrompuls von EIN nach AUS geändert wird, d.h. wenn der Stromfluss durch die Primärspule 10a durch Schalten des Leitungstransistors 16 von EIN nach AUS angehalten wird, wird eine hohe Spannung negativer Polarität damit einhergehend in der Sekundärspule 10b erzeugt. Ein Entladestrom fließt daher, wie durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 1 gezeigt ist. Insbesondere erzeugt der durch den Pfad der Zündkerze 24 → Sekundärspule 10b → Ionisationsstromerfassungskondensator 32 (oder Zener-Diode 34) → Diode 38 fließende Strom eine Funkenentladung über den Spalt der Zündkerze 24 hinweg (zwischen der Mittelelektrode 24a und der Erdelektrode 24b), der das Luft/Kraftstoffgemisch zündet und die Verbrennung verursacht. Gleichzeitig wird der Ionisationsstromerfassungskondensator 32 in der in der Zeichnung gezeigten Polarität geladen. Wenn er geladen ist, wirkt der Ionisationsstromerfassungskondensator 32 als eine Stromerfassungsstromquelle, die eine Vorspannung zur Erfassung des Ionisationsstroms und eines Leckstroms bereitstellt.
Während der durch die Funkenentladung an der Zündkerze 24 ausgelösten Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs wird das Luft/Kraftstoffgemisch (genauer gesagt, das durch normale Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs erzeugte Verbrennungsgas) ionisiert. Die erzeugten Ionen driften auf Grundlage der Wirkung der Vorspannung des Ionisationsstromerfassungskondensators 32, und ihr sich ergebendes Vorhandensein zwischen den Elektroden der Zündkerze 24 verringert den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden. Im Ergebnis fließt ein Ionisationsstrom durch den Pfad des Ionisationsstromerfassungskondensators 32 → Sekundärspule 10b → Zündkerze 24, wie durch die abwechselnd lang und zweifach kurz gestrichelten Linien in 1 angedeutet ist. Der zu diesem Zeitpunkt auftretende Ionisationsstrom ändert den Spannungsabfall über den Erfassungswiderstand 36 hinweg. Der Ionisationsstromdetektor 30 gibt diese Spannungsänderung, d.h. eine Ionisationsstromwellenform, an einen Wellenformwandler aus, der später beschrieben wird.
Die ECU 14 berechnet eine Zündzeitsteuerung auf Grundlage der eingegebenen Werte des Kurbelwinkelsensors 40, des Krümmerabsolutdrucksensors 42 und anderer Sensoren und erzeugt einen Zündbefehlsstrompuls in einer solchen Weise, dass die Zündung zu der berechneten Zeit stattfindet. Sie diskriminiert auch, ob der Motor sich in einem Fehlzündungszustand befindet (führt eine Fehlzündungserfassung durch) auf Grundlage eines Integralwerts (Spannung), die durch einen später beschriebenen Integrator ausgegeben wird.
2 ist ein Schaltbild, das schematisch die gesamte Konfiguration des Fehlzündungserfassungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Teil der Zündschaltung ist aus 2 zur einfacheren Darstellung weggelassen.
Bevor eine Erläuterung von 2 stattfindet, wird jedoch zum besseren Verständnis die Betriebsweise der Schaltung im Allgemeinen unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
3 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltung von 2 in Blockform wiedergibt.
Die im Stromdetektor 30 erfasste Ionisationsstromwellenform wird zum Wellenformwandler weitergegeben (nun mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet), der die Wellenform einer Polaritätsumkehr- und Spannungsverringerungsverarbeitung unterzieht.
Die im Wellenformwandler 50 einer Polaritätsumkehr und Spannungsverringerung unterzogene Strombefehlswellenform wird durch ein Hochpassfilter 60 geführt, um ihre niederfrequenten Komponenten zu entfernen, und dann an einen Integrator 70 eingegeben, der eine Integrationsverarbeitung durchführt, um das Zeitintegral des Ionisationsstroms zu bestimmen. Als Ergebnis wird ein Ausgangssignal proportional zum Zeitintegral erhalten.
Die Ionisationsstromwellenform nach Polaritätsumkehr und Spannungsverringerung im Wellenformwandler 50 wird auch zu einer Gatterbreiteneinstelleinheit 80 gesendet. Die Gatterbreiteneinstelleinheit 80 führt die Ionisations stromwellenform durch ein internes Tiefpassfilter, um eine andere Frequenzbandausgabe (Rauschen) als den Ionisationsstrom abzuschwächen. Sie stellt darüber hinaus die Breite eines Gatters (Ionisationsstromintegrationszeitdauer) proportional zur Zeitdauer des Auftretens des Ionisationsstroms ein, wodurch sie die Zeitdauer der Integration durch den Integrator 70 einstellt.
Eine Verarbeitungsverzögerungseinheit (Schaltung) 90 verzögert (maskiert) die Integrationsstartzeit, die durch die Gatterbreiteneinstelleinheit 80 eingestellt wird, auf einen Zeitpunkt, der es ermöglicht, den Effekt von induktivem Rauschen zu vermeiden. Eine Gatter-Ein/Aus-Einheit 100 arbeitet, um die Eingabe der Ionisationsstromwellenform für den Integrator 70 nach EIN und AUS zu schalten, und zwar nach Maßgabe der Integrationszeitdauer und der Integrationsstartzeit, die durch die Gatterbreiteneinstelleinheit 80 und die Verarbeitungsverzögerungseinheit 90 eingestellt sind. Die Integration durch den Integrator 70 ist daher auf eine gewünschte Zeitdauer (Gatter) beschränkt, d.h. lediglich die Zeitdauer, während der der Ionisationsstrom auftritt.
Der über die Integrationszeitdauer (die Gatterbreite) hinweg durch den Integrator 70 berechnete Integralwert wird durch eine Integralzurücksetzeinheit 110 zurückgesetzt, wenn der nächste Zündbefehlstrompuls zur Zündspule gesendet wird.
Daher wird in dem System der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die Integrationszeitdauer, welche die Ionisationsstromerfassungszeitdauer definiert, nach Maßgabe der Zeitdauer des Auftretens des Ionisationsstroms eingestellt, und weiterhin wird ihre Startzeit auf einen Zeitpunkt verzögert (maskiert), welcher sicherstellt, dass die Erfassung gegenüber dem Einfluss von induktivem Rauschen sicher ist.
Die vorangehende Konfiguration und ihre Betriebsweise werden nun im Detail unter Bezugnahme auf 2 erläutert.
Wie vorangehend ausgeführt, erfasst zunächst der Ionisationsstromdetektor 30 die Ionisationsstromwellenform (genauer gesagt, die Spannungswellenform), die durch Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemischs erzeugt wird, und die erfasste Ionisationsstromwellenform wird in den Wellenformwandler 50 ausgegeben.
4 und 5 sind Zeitdiagramme, die Ausgaben (erfasste Stromwellenformen und Pulse) in dem Motorfehlzündungserfassungssystem der vorliegenden Erfindung zeigen. Das Zeitdiagramm von 4 zeigt den Fall normaler Verbrennung. Ein Zeitdiagramm für den Fall von Fehlzündung ist in 5 gezeigt. Die Symbole a, b, c ..., g in 4 und 5 zeigen die Ausgaben bei a, b, c ..., g in 2 an.
Wie in 4 und 5 gezeigt ist, erhöht sich die durch den Ionisationsstromdetektor 30 (insbesondere den Erfassungswiderstand 36) erfasste Ionisationsstromwellenform, d.h. die Stromwellenform, an dem in 2 mit a bezeichneten Punkt sofort in der Minusrichtung auf einen Spitzenwert auf Grund von induktivem Rauschen unmittelbar nach der Entladung über den Spalt der Zündkerze 24 hinweg, danach fließt weiterhin Strom proportional zum Volumen oder der Anzahl von erzeugten Ionen und schließlich kehrt der Strom auf einen gegebenen Pegel zurück. Während einer Fehlzündung, d.h. wenn keine Ionen erzeugt werden, erhöht sich die Wellenform unmittelbar nach dem Ende der Entladung sofort auf eine Spitzenwert und kehrt dann sofort zum gegebenen Pegel zurück.
Die im Ionisationsstromdetektor 30 erfasste Ionisationsstromwellenform wird zu dem Wellenformwandler 50 weitergegeben, wo ihre Polarität umgekehrt wird und ihre Spannung verringert wird, und wird dann durch das Hochpassfilter 60 zum Integrator 70 übertragen.
Die Ionisationsstromwellenform nach Polaritätsumkehr und Spannungsverringerung im Wellenformwandler 50 wird auch zur Gatterbreiteneinstellein heit 80 gesendet. Die Gatterbreiteneinstelleinheit 80 führt die Ionisationsstromwellenform durch ein internes Tiefpassfilter, um die Ausgabe eines anderen Frequenzbands als der Ionisationsstrom abzuschwächen, wie bereits erwähnt wurde. Die gefilterte Ausgabe, insbesondere die Stromwellenform am in 2 mit b bezeichneten Punkt (bei b in 4 und 5 gezeigt) wird an den negativen (invertierenden) Anschluss eines Gatterbreiteneinstellkomparators 82 eingegeben.
Der positive (nicht invertierende) Anschluss des Gatterbreiteneinstellkomparators 82 ist mit einer Referenzspannungszufuhrschaltung 800 (umfassend zwei Widerstände 800a, 800b, die zwischen der Stromquelle 12 und Erde vorgesehen sind) an einer Position, die durch die beiden Widerstände geteilt wird, verbunden, und in ihn wird konstant eine Referenzspannung oder -wert (in 4 und 5 bei c gezeigt) eingegeben. Der negative (invertierende) Anschluss des Komparators 82 ist mit der Ausgabe von dem Wellenformwandler 50 durch Kondensatoren CL1, CL2 und einen Komparator verbunden, wie gezeigt ist. Die beiden Spannungen werden verglichen, und wenn die Ausgabe von dem Tiefpassfilter (Ionisationsstromwellenform) größer ist, wird die Ausgabe des Gatterbreiteneinstellkomparators 82, d.h. der Ausgabepuls am in 2 mit d bezeichneten Punkt (in 4 und 5 bei d gezeigt) auf Niedrig eingestellt. Anders ausgedrückt, wird der Ausgabepuls des Gatterbreiteneinstellkomparators 82 auf Hoch eingestellt, wenn die Referenzspannung höher ist.
Die Ausgabezeitdauer des Niedrigpulses des Gatterbreiteneinstellkomparators 82 ist die Gatterbreite (die der Zeitdauer der im Integrator 70 durchgeführten Integration und daher der Ionisationsstromerfassungszeitdauer zur Erfassung von Fehlzündung entspricht). Da die Gatterbreiteneinstelleinheit 80 auf diese Weise die Gatterbreite auf Grundlage der Ionisationsstromwellenform (der Zeitdauer des Auftretens von Ionisationsstrom) einstellt, werden Ströme, die außerhalb der Zeitdauer des Auftretens des Ionisationsstroms aufgrund verschiedener Arten von Rauschen und anderen Ursachen entstehen, nicht erfasst, und daher wird verhindert, dass sie eine Auswir kung auf die Fehlzündungserfassung haben. Im Ergebnis wird eine fehlerhafte Fehlzündungserfassung (fehlerhafte Diskriminierung) aufgrund solcher Ströme verhindert und eine genaue Fehlzündungserfassung wird sichergestellt.
Der Ausgangspuls der Gatterbreiteneinstelleinheit 80 wird zu der Verarbeitungsverzögerungseinheit 90 gesendet. Die Verarbeitungsverzögerungseinheit 90 verzögert die Integrationsstartzeit, d.h. sie stellt die Maskierungszeitdauer am Beginn der Gatterbreite ein oder bestimmt diese.
Insbesondere wird der Abfallzeitpunkt des Ausgangspulses von der Gatterbreiteneinstelleinheit 80 (zum Zeitpunnkt, zu dem der Niedrigpuls ausgegeben wird) durch Laden/Entladen eines Verarbeitungsverzögerungskondensators 92 verzögert. Anders ausgedrückt, wird die Hoch-Zeitdauer des Ausgangspulses verlängert, um eine Stromwellenform an dem in 2 mit e bezeichneten Punkt, wie den in 4 und 5 bei e gezeigten, zu erhalten.
Die so erhaltene Stromwellenform wird in den positiven (nicht invertierenden) Anschluss eines Verarbeitungsverzögerungskomparators 94 eingegeben. Der negative (invertierende) Anschluss des Komparators 94 ist mit einer Referenzspannungszufuhrschaltung 900 (umfassend zwei Widerstände 900a, 900b, die zwischen der Stromquelle 12 und Erde vorgesehen sind) an einer Position verbunden, die durch die beiden Widerstände geteilt wird, und wird mit einer Referenzspannung oder -wert (in 4 und 5 bei f gezeigt) eingegeben. Die beiden Spannungen werden verglichen und dann, wenn die Stromwellenform bei e in 2 niedriger ist als die Referenzspannung, wird die Ausgabe des Verarbeitungsverzögerungskomparators 94, d.h. der Ausgangspuls g in 2 (in 4 und 5 bei g gezeigt) auf Niedrig eingestellt.
Wie aus 4 und 5 ersichtlich ist, wird der Abfallzeitpunkt des von der Verarbeitungsverzögerungseinheit 90 erhaltenen Ausgangspulses schließlich um eine vorbestimmte Zeit von dem Start des Auftretens des Ionisations stroms verzögert. Anders ausgedrückt kann gesagt werden, dass der Abfallzeitpunkt des Ausgangspulses um eine vorbestimmte Zeit von der Beendigung der Stromentladung verzögert wird, da das Auftreten des Ionisationsstroms unmittelbar auf die Beendigung der Stromentladung folgt. Daher wird die Zeitdauer (Gatter) um einen Zeitpunkt verzögert, der nicht früher ist als die Beendigung des Entladestroms. Die Eingabe an den Integrator 70 der Ionisationsstromwellenform, die von dem Hochpassfilter 60 ausgegeben wird, wird durch eine EIN/AUS-Betätigung eines FET (Feldeffekttransistors) 102 einer Gatter-Ein/Aus-Einheit 100 auf Grundlage dieses Ausgangspulses, dessen Abfallzeitpunkt verzögert worden ist, EIN geschaltet und AUS geschaltet.
Der Integrator 70 integriert den in der vorangehenden Weise in diesen eingegebenen Ionisationsstrom über die Zeit und sendet ein Ausgangssignal proportional zum Zeitintegral, nämlich den Spannungswert eines Integrationskondensators 72 zur ECU 14. Die ECU 14 vergleicht den Spannungswert mit einem bestimmten vorgewählten Wert, um zu unterscheiden, ob der Motor sich in einem Fehlzündungszustand befindet (führt eine Fehlzündungserfassung durch).
Die Verzögerungszeit verändert sich mit der Kapazität des Verarbeitungsverzögerungskondensators 92 (gemäß einer Zeitkonstante) und der Größe der bei f in 4 und 5 angezeigten Referenzspannung. Daher kann durch geeignetes Einstellen oder Bestimmen einer oder beider dieser Werte die Länge der Verzögerungszeit auf eine solche eingestellt werden, die den Einfluss von induktivem Rauschen eliminiert. Da dies es ermöglicht, zuverlässig den Bereich der von dem Hochpassfilter 60 ausgegebenen Ionisationsstromwellenform zu maskieren, der der Zeitdauer des Auftretens von induktivem Rauschen entspricht, kann verhindert werden, dass induktives Rauschen eine negative Auswirkung auf die Fehlzündungserfassung hat. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass eine falsche Fehlzündungserfassung (Diskriminierung), die durch induktives Rauschen verursacht wird, auftritt, um eine noch genauere Fehlzündungserfassung zu erreichen.
Die Spannung des Integrationskondensators 72 wird zurückgesetzt, wenn der nächste Zündbefehlstrompuls zur Zündspule gesendet wird, wie oben genannt, durch Einschalten eines Schalters 112 der Integralzurücksetzeinheit 110, um den Integrationskondensator 72 zu entladen.
Bei dem Fehlzündungserfassungssystem für Verbrennungsmotoren gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird der Start des Gatters um eine Zeit verzögert, die nicht früher liegt als die Beendigung des Entladestroms, und die Gatterbreite wird auf Grundlage der Wellenform des Ionisationsstroms (Zeitdauer des Auftretens des Ionisationsstroms, d.h. Beendigung der Stromentladung) eingestellt, um die Erfassung von Strömen zu vermeiden, die durch verschiedene Arten von Rauschen erzeugt werden, welches außerhalb der Zeitdauer des Auftretens des Ionisationsstroms auftritt. Da ein derartiges Rauschen die Fehlzündungserfassung nicht beeinträchtigt, kann eine falsche Fehlzündungserfassung (Diskriminierung) vermieden werden, um eine genaue Fehlzündungserfassung zu realisieren.
6 ist eine Ansicht ähnlich zu 2, die jedoch die Konfiguration eines Fehlzündungserfassungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das System gemäß der zweiten Ausführungsform unter besonderer Berücksichtigung der Unterschiede zur ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 bis 9 (welche ähnlich zu 3 bis 5 bei der ersten Ausführungsform sind) erläuternd, ist das System derart konfiguriert, dass die Gatterbreiteneinstelleinheit 80 in der Prozessverzögerungseinheit 9 untergebracht ist, und der Stromdetektor 30 modifiziert ist, um den Entladestrom (der in der Sekundärspule 10b erzeugt wird, wenn der Stromfluss durch die Primärspule 10a unterbrochen wird) zur Verarbeitungsverzögerungseinheit 90 in einer solchen Weise auszugeben, dass die Integrationsstartzeit zu einem Zeitpunkt seit der Beendigung des Entladestroms, genauer gesagt, um einen Zeitpunkt, der nicht früher liegt als die Beendigung des Entladestroms, verzögert (maskiert) wird, der das Vermeiden des Effekts von induktivem Rauschen ermöglicht.
Dies unter Bezugnahme auf 6 erläuternd, ist die Diode 38 durch einen Sekundärerfassungswiderstand 36b geerdet, und an einem Punkt 39 dazwischen ist die Leitung in einer solchen Weise verzweigt, dass die Spannung am Kreuzungspunkt ausgegeben wird und über den Verarbeitungsverzögerungskondensator 92 zum positiven (nicht invertierenden) Anschluss des Verarbeitungsverzögerungskomparators 94 der Verarbeitungsverzögerungseinheit 90 gesendet wird. Der negative (invertierende) Anschluss des Komparators 94 ist mit der Referenzspannungszufuhrschaltung 900 an einer Position verbunden, die durch die beiden Widerstände 900a, 900b geteilt wird, und in diesen wird konstant die Referenzspannung eingegeben.
Da der Eingang zum positiven Anschluss des Komparators 94 mit dem Verarbeitungsverzögerungskondensator 92 verbunden ist, kann der Abfallzeitpunkt der Entladestromwellenform (während Ausgabe des Niedrigpulses) durch Laden/Entladen des Verarbeitungsverzögerungskondensators 92 verzögert werden. Anders ausgedrückt, kann die Hoch-Zeitdauer des Ausgabepulses verlängert werden, um eine Stromwellenform am mit g in 7 bezeichneten Punkt wie diejenige bei g in 8 und 9 zu erhalten, die über die Beendigung des Entladestroms am Punkt 39, wie bei h in den Figuren gezeigt ist, hinausgeht.
Der Verarbeitungsverzögerungskondensator 92 und die Referenzspannungszufuhrschaltung 900 bilden nun die Verarbeitungsverzögerungseinheit 90.
Insbesondere wird die am Punkt (Kreuzung) 39 erfasste Entladestromwellenform in den positiven (nicht invertierenden) Anschluss des Verarbeitungsverzögerungskomparators 92 durch eine Diode und einen Widerstand Rt1 eingegeben. Die Stromwellenform am in 7 mit i bezeichneten Punkt ist in 8 und 9 bei i gezeigt und wird mit der Referenzspannungseingabe an den negativen (invertierenden) Anschluss des Komparators 94, dem die Referenzspannung (in 6, 8 und 9 bei j gezeigt) zugeführt wird, verglichen. Wenn die Ausgabe von der Entladestromwellenform niedriger ist, wird die Ausgabe des Komparators 94, d.h. der Ausgangspuls am in 6 mit g bezeichneten Punkt auf Niedrig eingestellt, dessen Pulsausgabezeitdauer (Puls) die Gatterbreite (die der Zeitdauer der im Integrator 70 durchgeführten Integration und daher der Ionisationsstromerfassungszeitdauer für die Erfassung von Fehlzündungen entspricht) definiert.
In derselben Weise wie bei der ersten Ausführungsform verändert sich die Verzögerungszeit mit der Kapazität (gemäß der Zeitkonstante) des Verarbeitungsverzögerungskondensators 92 und der Größe der Referenzspannung, die in 8 und 9 bei j angezeigt ist. Daher kann durch geeignete Einstellung und Bestimmung einer oder beider dieser Werte die Länge der Verzögerungszeit auf eine solche eingestellt werden, die den Einfluss von induktivem Rauschen eliminiert. Da dies es ermöglicht, den Bereich der Ionisationsstromwellenformausgabe von dem Hochpassfilter 60, der der Zeitdauer des Auftretens von induktivem Rauschen entspricht, zuverlässig zu maskieren, kann verhindert werden, dass das induktive Rauschen eine negative Auswirkung auf die Fehlzündungserfassung hat. Im Ergebnis kann eine durch induktives Rauschen verursachte falsche Fehlzündungserfassung (Diskriminierung) verhindert werden, um eine noch genauere Fehlzündungserfassung zu erreichen.
Man beachte, dass in dem System in der zweiten Ausführungsform aufgrunddessen, dass die Gatter-Ein/Aus-Einheit 100 lediglich die Öffnung des Gatters bestimmt, und das Gatter so lange offengelassen wird, bis es durch den nächsten Zündbefehlstrompuls zurückgesetzt wird, das System die Erfassung von verschiedenen Arten von Rauschen (solche wie bei D in 11 gezeigt), welches zu anderen Zeitpunkten als der Maskierungszeitdauer auftritt, nicht ausschließen kann. Bis auf die obigen Ausführungen ist die übrige Konfiguration einschließlich der Fehlzündungserfassung durch den integrierten Ionisationsstrom dieselbe wie diejenige bei der ersten Ausführungsform.
Hiermit werden Ströme, die außerhalb der Zeitdauer des Auftretens des Ionisationsstroms aufgrund verschiedener Arten von Rauschen und anderer Ursachen auftreten, nicht erfasst, und es wird daher verhindert, dass diese eine Auswirkung auf die Fehlzündungserfassung haben. Im Ergebnis wird eine falsche Fehlzündungserfassung (fehlerhafte Diskriminierung) aufgrund solcher Ströme verhindert und eine genaue Fehlzündungserfassung wird sichergestellt.
Die erste und die zweite Ausführungsform sind daher derart konfiguriert, dass sie ein System zur Erfassung von Fehlzündungen für einen Verbrennungsmotor mit einer Zündkerze (24), die einer Brennkammer (22) eines Zylinders (20) des Motors zugewandt angebracht und mit einer Zündspule (10) verbunden ist, welche Zündkerze bei Zufuhr mit einem Entladestrom von der Zündspule eine Funkenentladung erzeugt, um ein Luft/Kraftstoffgemisch in der Brennkammer zu zünden, aufweisen, einschließlich: eine Stromerfassungsschaltung (Stromdetektor 30), die einen Ionisationsstrom erfasst, der auf den Entladestrom folgend fließt, während einer Zeitdauer (Gatter), einen Fehlzündungsdetektor (ECU 14), der das Auftreten von Fehlzündungen des Motors auf Grundlage des erfassten Stroms erfasst. Das charakteristische Merkmal liegt darin, dass das System umfasst: eine Verarbeitungsverzögerungsschaltung (ECU 14, Einheit 90), die wenigstens einen aus Entladestrom und Ionisationsstrom einliest und auf Grundlage des eingelesenen Stroms das Starten der Zeitdauer um einen Zeitpunkt verzögert, der nicht früher liegt als die Beendigung des Entladestroms.
Bei dem System umfasst die Verarbeitungsverzögerungsschaltung: einen Komparator (94), der den Strom zum Vergleich mit einem Referenzert (Spannung) einliest und eine Ausgabe erzeugt, die wenigstens den Beginn der Zeitdauer anzeigt, und einen Kondensator (92), der vor dem Komparator angeordnet ist, welcher die Eingabe des Stroms in den Komparator derart verzögert, dass der Beginn der Zeitdauer um die Zeit verzögert wird.
Bei dem System umfasst die Verarbeitungsverzögerungsschaltung: einen Komparator (94), der den Strom zum Vergleich mit einem Referenzwert (Spannung) einliest und der eine Ausgabe erzeugt, die wenigstens den Beginn der Zeitdauer anzeigt, und eine Referenzwert(-spannung)-Bereitstellschaltung (800, 900), die den Referenzwert (-spannung) variiert, um die Erzeugung der Ausgabe des Komparators derart zu verzögern, dass der Beginn der Zeitdauer um die Zeit verzögert wird.
Das System umfasst ferner einen Komparator (82), der den Ionisationsstrom einliest, um mit einem Referenzwert (-spannung) verglichen zu werden, und der die Ausgabe erzeugt, die den Beginn und das Ende der Zeitdauer (Gatter) anzeigt.
In dem System liest der Komparator (94) den Entladestrom ein und erzeugt die den Beginn der Zeitdauer (Gatter) anzeigende Ausgabe.
In dem System enthält die Stromerfassungsschaltung, genauer gesagt, der Integrator (70), einen Integrationskondensator (72), durch den der Ionisationsstrom zu laden ist, und ein Fehlzündungsdetektor erfasst das Auftreten von Fehlzündungen des Motors auf Grundlage einer Ausgabe des Integrationskondensators.
Da das Motorfehlzündungserfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert ist, dass es den Start der Integrationszeitdauer um eine vorbestimmte Zeitdauer (die Maskierungszeitdauer) von dem Start der Zeitdauer des Auftretens des Ionisationsstroms verzögert, können Wellenformen während der Zeit des Auftretens von induktivem Rauschen zuverlässig maskiert werden und verhindert werden, dass sie eine ungünstige Auswirkung haben. Eine falsche Fehlzündungserfassung, die durch eine solche Wellenform verursacht wird, kann dadurch verhindert werden, um eine noch genauere Erfassung von Fehlzündungen zu ermöglichen.
In einem System zum Erfassen von Fehlzündungen für einen Verbrennungsmotor, wobei der Ionisationsstrom, der auf den Entladestrom folgend fließt, erfasst wird und während einer Zeitdauer (Gatter) integriert wird und das Auftreten von Fehlzündungen des Motors auf Grundlage des integrierten Werts erfasst wird, ist eine Verarbeitungsverzögerungsschaltung (Einheit 90) vorgesehen, die den Entladestrom oder/und des Ionisationsstrom einliest und auf Grundlage des eingelesenen Stroms den Start der Zeitdauer um einen Zeitpunkt, der nicht früher liegt als die Beendigung des Entladestroms, verzögert. Hierbei ist das System nicht beeinträchtigt durch Fluktuationen in einer Zündspulenentladezeitdauer, verschiedene Arten von Rauschen und dgl., und kann dafür eingesetzt werden, um eine genaue Fehlzündungserfassung sicherzustellen, indem eine fehlerhafte Erfassung auf Grundlage solcher Ursachen verhindert wird.

Claims

System zur Erfassung von Fehlzündungen für einen Verbrennungsmotor mit einer Zündkerze (24), die derart angebracht ist, dass sie einer Brennkammer (22) eines Zylinders (20) des Motors zugewandt ist, und die mit einer Zündspule (10) verbunden ist und die eine Funkenentladung erzeugt, wenn sie von der Zündspule mit einem Entladungsstrom versorgt wird, um ein Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennkammer zu zünden, umfassend: eine Stromerfassungsschaltung (30), die einen Ionisationsstrom erfasst, der auf den Entladungsstrom folgend während einer Zeitdauer fließt, und einen Fehlzündungsdetektor (14), der das Auftreten von Fehlzündungen des Motors auf Grundlage des erfassten Stroms erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst: eine Verarbeitungsverzögerungsschaltung (14, 90), in die der Entladungsstrom oder/und der Ionisationsstrom eingegeben wird und die auf Grundlage des Eingangsstroms den Beginn der Zeitdauer von einem Zeitpunkt an, der nicht früher liegt als die Beendigung des Entladungsstroms, um eine Zeit verzögert.
System nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsverzögerungsschaltung (90) umfasst: einen Komparator (94), in den der Strom eingegeben wird, um mit einem Referenzwert zu verglichen zu werden, und der eine Ausgabe erzeugt, die wenigstens den Beginn der Zeitdauer anzeigt, und einen Kondensator (92), der vor dem Komparator (94) angeordnet ist, wobei der Kondensator (92) die Eingabe des Stroms in den Komparator (94) derart verzögert, dass der Beginn der Zeitdauer um die Zeit verzögert wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsverzögerungsschaltung (90) umfasst: einen Komparator (94), in den der Strom eingegeben wird, um mit einem Referenzwert verglichen zu werden, und der eine Ausgabe erzeugt, die wenigstens den Beginn der Zeitdauer anzeigt, und eine Referenzwertbereitstellschaltung (900), die den Referenzwert variiert, um die Erzeugung der Ausgabe des Komparators (94) derart zu verzögern, dass der Beginn der Zeitdauer um die Zeit verzögert wird.
System nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend: einen Komparator (82), in den der Ionisationsstrom eingegeben wird, um mit einem Referenzwert verglichen zu werden, und der die Ausgabe erzeugt, die den Beginn und das Ende der Zeitdauer anzeigt.
System nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Entladungsstrom in den Komparator (94) eingegeben wird, der die den Beginn der Zeitdauer anzeigende Ausgabe erzeugt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stromerfassungsschaltung (30) einen Integrationskondensator (72) umfasst, der durch den Ionisationsstrom geladen werden soll, und wobei der Fehlzündungsdetektor das Auftreten von Fehlzündungen des Motors auf Grundlage einer Ausgabe des Integrationskondensators (72) erfasst.