EP0544682B1 - Zündanlage für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0544682B1
EP0544682B1 EP91911759A EP91911759A EP0544682B1 EP 0544682 B1 EP0544682 B1 EP 0544682B1 EP 91911759 A EP91911759 A EP 91911759A EP 91911759 A EP91911759 A EP 91911759A EP 0544682 B1 EP0544682 B1 EP 0544682B1
Authority
EP
European Patent Office
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ignition
cylinder
spark
voltage
ignition system
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP91911759A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0544682A1 (de
Inventor
Ulrich Koelle
Helmut Randoll
Martin Streib
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP0544682B1 publication Critical patent/EP0544682B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/08—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having multiple-spark ignition, i.e. ignition occurring simultaneously at different places in one engine cylinder or in two or more separate engine cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P17/02—Checking or adjusting ignition timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P7/06—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of circuit-makers or -breakers, or pick-up devices adapted to sense particular points of the timing cycle
    • F02P7/077—Circuits therefor, e.g. pulse generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
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    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals

Definitions

  • the invention is based on an ignition system according to the preamble of the main claim.
  • Such an ignition system is known from WO-A-89/11591.
  • the operating voltage transformed on the primary side is detected and compared with a predetermined reference level.
  • An ignition system is known from US-A-4,593,936, in which the level of the secondary-side voltage pulse is measured on the secondary-side ignition line via a capacitively coupled sensor, and a cylinder is distinguished on the basis of its output stroke and compression stroke.
  • DE-OS 36 34 587 describes a method for obtaining the phase signal using a Hall sensor.
  • Ignition and explosion detection is also possible using a pressure sensor or optical sensor in the combustion chamber of each cylinder.
  • the solution according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the known that the function monitoring and phase detection is carried out by detecting and evaluating the primary ignition voltage, ie no additional sensors are required in the engine compartment.
  • Such a phase detection solution which works without additional components, such as a Hall or inductive sensor, is considerably less expensive.
  • the necessary evaluation electronics can be integrated together with the control electronics in one device. Obtaining a phase signal by comparing two successive ignition events of a cylinder is particularly advantageous. Because a cylinder-specific injection and / or ignition can take place very quickly.
  • the measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the primary-side ignition voltage monitoring specified in the main claim. It is particularly advantageous to obtain a phase signal for the detection of the compression stroke on each cylinder, which is the prerequisite for a cylinder-specific injection and / or ignition. This enables the performance of the engine to be optimized while reducing the wear on the ignition system as well as cylinder-active diagnostic measures.
  • Another significant advantage is that the detection of ignition or explosion signals on each cylinder detects faulty work on one of the cylinders and this cylinder can be switched off with a corresponding error display. That is, an unburned fuel-air mixture is not expelled. This simultaneously protects the catalytic converter.
  • FIG. 1 shows a general structure of a four-cylinder four-stroke gasoline engine in connection with the primary-side voltage detection circuit 1 for each cylinder with the subsequent evaluation logic 2 for the individual voltage profiles.
  • the primary windings 16 to 19 of these individual ignition coils 8 to 11 are each connected via an ignition transistor 20 to 23 to a voltage supply UB, for example to the battery of a motor vehicle, not shown here.
  • the ignition transistors 20 to 23 are each controlled by a control logic 3 via a control terminal 24 to 27 belonging to them.
  • their primary-side voltage profile Up is recorded in a circuit 1 for each cylinder and fed to the common evaluation logic 2.
  • the results determined in the evaluation logic are fed to the control logic 3 and, together with further parameters such as crankshaft position, speed, suction pressure and the like, form the basis for the control of the ignition output stages.
  • FIG 2 shows the typical course of the primary-side ignition voltage Up at a given speed with a proper ignition course.
  • the ignition signal begins at time t0, which initially causes the primary voltage Up to overshoot. Since this overshoot is irrelevant for the evaluation, the evaluation begins after a short time delay only at time t1.
  • the measurement window 28 opened in this way remains effective until a time t2. During this time, the course of the ignition spark voltage at the spark plug is recorded on the primary side and from this the mean primary ignition voltage on the primary side calculated. A possibly necessary fault diagnosis can be carried out over the course of the primary-side operating voltage.
  • the measurement window remains open until time t4, although it is only effective until time t2.
  • the voltage curve or the overshoot of the primary voltage during spark breakdown between times t2 and t3 is not important for the calculation of the mean voltage Uz and is therefore not recorded.
  • the primary-side ignition voltage after the spark breakdown at time t4 is important.
  • the circuit and program flow chart shown in FIG. 3 stands for the comparison to be made in the control logic 3 at the start of work of the engine of two successive ignition events of a cylinder, here the cylinder 1.
  • a phase signal for the detection of the compression stroke is to be determined first, in order to then switch off the ignition processes in the exhaust stroke and possibly control an injection for each cylinder in the correct phase.
  • a rotating crankshaft mark 29 interacts with a sensor 30 which is connected on the one hand to a measuring window generator 31 and on the other hand to a changeover switch 33 via a time stage 32.
  • the switch 33 switches between two terminals 34 and 35 after each pulse.
  • the primary voltage Up is applied via a switch 36, which is controlled by the measurement window generator 31, and the changeover switch 33 either via its output terminal 34 to a first signal memory 37 or via its output terminal 35 to a second signal memory 38.
  • a counter 39 connected to the outputs of the signal memories 37, 38 controls a first switch 40 and a second switch 41.
  • the two switches 40 and 41 connect the signal memories 37 and 38 to a program part 43 via a comparator 42.
  • This program part 43 is via a Question 44 connected to another question 45.
  • a positive answer from these question elements 44 and 45 means - as explained further below - the recognition 46 of a phase signal for the cylinder 1.
  • a dashed outline 47 symbolically shows that this phase signal recognition 46 is carried out analogously for all cylinders.
  • a question link 48 then controls the number of phase signals. If there are several phase signals, question 50 must check the plausibility of the phase signals for the specified ignition sequence. If the detected phase signals are plausible for the ignition sequence, this is passed on to the control logic 3 for individual spark control. This means that the ignition transistors 20 to 23 can now only be actuated in the compression cycle of the cylinders and that the injection can take place cylinder-selectively.
  • the "No" outputs of the question elements 44, 45, 48 and 50 lead to the program part 49, which clears the signal memories 37, 38 and starts the phase recognition again.
  • the circuit and program diagram of FIG. 3 just described has the mode of operation explained below.
  • the crankshaft mark 29 triggers a pulse in the sensor 30 every 360 °.
  • This impulse is passed on to the measurement window generator 31, which now opens a measurement window for each cylinder with a rotation angle offset depending on the crankshaft rotation, every 360 °, ie the switch 36 is closed and the primary voltage Up is now applied to the changeover switch 33.
  • This switch 33 switches after each pulse of the sensor 30 with a time delay, so that the switch 36 is then open, from terminal 34 to 35 or vice versa. This has the effect that the signal curves of the primary voltage Up are alternately stored in the signal memories 37 and 38 in a working cylinder.
  • the piston of a cylinder reaches top dead center twice during a work cycle, namely between the exhaust stroke and the intake stroke or between the compression stroke and the work stroke. That is, the signal curves of the primary voltage are stored in the compression cycle in one signal memory and the signal curves in the ejection cycle in the other signal memory.
  • the difference ⁇ n and the sign sign ( ⁇ n) are recalculated in the program part 43.
  • the difference ⁇ n becomes once between the old one Signal of the compression cycle and the new signal of the ejection cycle and next time a ⁇ (n + 1) between the signal of the now following compression cycle and the signal of the ejection cycle already used previously.
  • a subsequent query 44 checks whether this difference .DELTA.n exceeds a certain threshold.
  • a minimum difference in the signal profiles in the compression or in the output cycle of at least 10% is conceivable. If this minimum difference is present, a phase signal can be determined for this cylinder.
  • phase signal obtained for each cylinder is used via the control logic 3 for further operation of the engine to control the ignition output stages for the individual spark operation of the ignition system in the compression cycle and to control the fuel supply for each cylinder, i.e. the ignition sparks in the exhaust cycle are switched off.
  • FIG. 4 shows the program flow chart for the detection of the ignition and explosion detection signal (ignition event diagnosis), which can be used to control the ignition output stages if the engine is operating correctly, or to switch off the ignition and fuel supply to these cylinders if certain cylinders malfunction.
  • the ignition signal Ts begins at a time to.
  • a measurement window generator 51 opens at time t1, ie it closes a switch 52.
  • the delay is necessary in order to eliminate the overshoot of the primary voltage between to and t1.
  • the time at which the measurement window is closed is time t4.
  • the effective useful area of the measurement window is shorter by a time period T2 in order to eliminate overshoot at the spark end.
  • This useful area Tmax - T2 is calculated in program step 54, T2 comprising the time period in which the overshoot occurs.
  • the middle primary-side ignition voltage becomes in program step 55 calculated during this useful area.
  • instantaneous values of the voltage Up are recorded in step 56 and buffered in step 57.
  • question 58 examines whether there is a voltage jump ⁇ U with respect to the mean ignition voltage Uz at time t4. This voltage jump should be at least a value Us1 of 5 V when an ignition spark occurs.
  • Such comparison voltages Us1 to Us5 are fixed comparison voltage values that are dependent on engine status criteria and are stored in a memory of the evaluation logic 2.
  • program step 59 examines whether the ignition spark has also led to a gas explosion. For this purpose, the voltage values at the beginning t1 and at the end t2 of the ignition spark are compared in question element 59. If the difference between these two voltage values is greater than a reference voltage Us2 (e.g. approx. 20 V), the ignition took place in a compression without the addition of fuel, which means that it is recognized in program step 60 that no gas explosion occurred. Otherwise, a proper explosion course is recognized in program step 61. The information about the missing gas explosion - program step 60 - is passed on to control logic 3 via an error display 69.
  • a reference voltage Us2 e.g. approx. 20 V
  • the voltage values U (t1), U (t2) and U (t3), which are stored in the memory 57, are obtained in program step 56 by measuring the voltage at times t1, t2, t3 and are removed from the memory in the flow logic if required.
  • This sequence logic of the ignition event diagnosis is used for all cylinders. If an error has been determined in a cylinder, an error indicator is activated and the injection and ignition on the corresponding cylinder are switched off in order to avoid an inadmissible emission of pollutants.
  • the ignition can be switched on periodically without injection to test whether the ignition is working again (e.g. by burning the spark plug open). If a proper ignition spark has occurred again, the injection can be switched on again.
  • the method described for FIG. 4 can also be combined with other methods and systems for ignition event diagnosis (e.g. uneven running detection of the crankshaft). This is particularly expedient if the detection of a missing gas explosion is not possible reliably in all operating points of an engine.
  • ignition event diagnosis e.g. uneven running detection of the crankshaft.

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Abstract

Es wird eine Zündanlage eines Viertakt-Ottomotors mit ruhender Zündverteilung, bei der jedem Zylinder eine Zündkerze (12), eine Zündspule (8) und eine Endstufe (20) einer Steuerschaltung der Zündanlage zum Einzellfunkenbetrieb zugeordnet ist, vorgeschlagen, die der Funktionsüberwachung und der Phasenerkennung dient. Die in der Steuerschaltung enthaltene Funktionsüberwachung erfaßt den zeitlichen Verlauf der primärseitigen Zündspannung (Up) und wertet diesen durch einen Vergleich mit gespeicherten Werten aus.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Eine solche Zündanlage ist aus der WO-A-89/11591 bekannt. Hierbei wird zum Nachweis von Kurzschlüssen und Unterbrechungen im Sekundärkreis die auf die Primärseite transformierte Brennspannung erfaßt und mit einem vorgegebenen Referenzpegel verglichen.
  • Aus der US-A-4,593,936 ist ein Zündsystem bekannt, bei welchem an der sekundärseitigen Zündleitung über einen kapazitiv gekoppelten Fühler die Höhe des sekundärseitigen Spannungsimpuls gemesssen und aufgrund dessen Ausstoßtakt und Kompressionstakt eines Zylinders unterschieden werden.
  • Es sind weiterhin verschiedene Verfahren zur Funktionsüberwachung von Zündanlagen bekannt. So wird beispielsweise in der DE-OS 36 34 587 ein Verfahren zur Gewinnung des Phasensignals mittels Hallsensors beschrieben.
  • Eine Zünd- und Explosionserkennung ist ebenfalls anhand eines Drucksensors oder optischen Sensors im Brennraum jedes Zylinders möglich.
  • Bei diesen bekannten Zündsteuerungen müssen zur Funktionsüberwachung zusätzliche Sensoren in die Zündanlage eingebaut werden müssen. Dadurch wird die notwendige Signalerkennung sehr kostenaufwendig, einerseits durch die Kosten der Sensoren selbst und andererseits durch Fertigungskosten, die bei dem Einbau der Sensoren in die Zylinder entstehen. Außerdem muß das einwandfreie Funktionieren dieser zusätzlichen Sensoren überwacht werden.
  • Um den Forderungen an die Abgaswerte gerecht zu werden ist man bestrebt, Zündsteuerungen zu entwickeln, die einen möglichst minimalen Schadstoffausstoß bei Viertakt-Ottomotoren gewährleisten. Damit ergibt sich die Anforderung auf möglichst einfache Art eine Phasenerkennung durchzuführen und ein Phasensignal auszugeben.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Lösung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß die Funktionsüberwachung und Phasenerkennung durch Erfassung und Auswertung der Primär-Zündspannung erfolgt, d.h. es sind keine zusätzlichen Sensoren im Motorraum erforderlich. Eine solche Lösung der Phasenerkennung, die ohne zusätzliche Bauelemente, wie Hall- oder Induktivsensor arbeitet, ist wesentlich kostengünstiger. Die notwendige Auswerteeleketronik kann zusammen mit der Steuerelektronik in einem Gerät integriert werden. Besonders vorteilhaft ist die Gewinnung eines Phasensignals durch Vergleich zweier aufeinanderfolgernder Zündereignisse eines Zylinders. Da so sehr schnell eine zylinderindividuelle Einspritzung und/oder Zündung erfolgen kann.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen primärseitigen Zündspannungsüberwachung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Gewinnung eines Phasensignals für die Erkennung des Kompressionstaktes an jedem Zylinder, welches die Voraussetzung für eine zylinderindividuelle Einspritzung und/oder Zündung ist. Dieses ermöglicht eine Leistungsoptimierung des Motors bei gleichzeitig verringertem Verschleiß der Zündanlage sowie zylinderaktive Diagnosemaßnahmen.
  • Ein anderer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß durch die Erkennung von Zünd- beziehungsweise Explosionssignalen an jedem Zylinder ein fehlerhaftes Arbeiten an einem der Zylinder erkannt und dieser Zylinder mit einer entsprechenden Fehleranzeige abgeschaltet werden kann. D. h. es wird kein unverbranntes Kraftstoff-Luft-Gemisch ausgestoßen. Dadurch wird gleichzeitig ein Schutz des Katalysators erreicht wird.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    Prinzipschaltbild einer Zündanlage mit Einzelfunkensteuerung und integrierter Auswertelogik
    Figur 2
    Verlauf der primärseitigen Zündspannung
    Figur 3
    Programmablauf des Vergleichs zweier aufeinanderfolgender Zündereignisse eines Zylinders zur Gewinnung des Phasensignals,
    Figur 4
    Programmablauf zur Gewinnung des Zünd- und Explosionserkennungssignals.
  • Das in Figur 1 dargestellte Prinzipschaltbild zeigt einen allgemeinen Aufbau eines vierzylindrigen Viertakt-Ottomotors, in Verbindung mit der erfindungsgemäßen primärseitigen Spannungserfassungschaltung 1 für jeden Zylinder mit der anschließenden Auswertelogik 2 für die einzelnen Spannungsverläufe.
  • Dort sind vier Sekundärwicklungen 4 bis 7 von vier Zündspulen 8 bis 11 mit ihren Zündkerzen 12 bis 15 verbunden. Die Primärwicklungen 16 bis 19 dieser einzelnen Zündspulen 8 bis 11 sind jeweils über einen Zündtransistor 20 bis 23 an eine Spannungsversorgung UB, beispielsweise an die hier nicht dargestellte Batterie eines Kraftfahrzeuges angeschlossen. Die Zündtransistoren 20 bis 23 werden jeweils über eine ihnen zugehörige Steuerklemme 24 bis 27 von einer Steuerlogik 3 angesteuert. An den Primärwicklungen 16 bis 19 wird für jeden Zylinder ihr primärseitiger Spannungsverlauf Up in einer Schaltung 1 erfaßt und der gemeinsamen Auswertelogik 2 zugeführt. Die in der Auswertelogik ermittelten Ergebnisse werden der Steuerlogik 3 zugeführt und bilden zusammen mit weiteren Parametern wie Kurbelwellenstellung, Drehzahl, Ansaugdruck und dergleichen die Grundlage für die Ansteuerung der Zündendstufen.
  • Figur 2 zeigt bei einer vorgegebenen Drehzahl den typischen Verlauf der primärseitigen Zündspannung Up bei ordnungsgemäßem Zündverlauf. Zum Zeitpunkt t0 beginnt das Zündsignal, wodurch zunächst ein Überschwingen der Primärspannung Up erfolgt. Da dieses Überschwingen für die Auswertung ohne Bedeutung ist, erfolgt der Beginn der Auswertung nach einer kurzen Zeitverzögerung erst zum Zeitpunkt t1. Das so geöffnete Meßfenster 28 bleibt bis zu einem Zeitpunkt t2 effektiv. Während dieser Zeit wird primärseitig der Verlauf der Zündfunken-Brennspannung an der Zündkerze erfaßt und daraus die mittlere primärseitige Zündspannung
    Figure imgb0001
    berechnet. Über den Verlauf der primärseitigen Brennspannung kann man eine eventuell notwendige Fehlerdiagnose führen. Das Meßfenster bleibt, obwohl es nur bis zum Zeitpunkt t2 effektiv ist, bis zum Zeitpunkt t4 geöffnet. Der Spannungsverlauf bzw. das Überschwingen der Primärspannung beim Funkenabriß zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 ist für die Berechnung der mittleren Spannung Uz nicht von Bedeutung und wird deshalb nicht erfaßt. Von Bedeutung ist aber die primärseitige Zündspannung nach dem Funkenabriß zum Zeitpunkt t4. Ein Spannungssprung ΔU zwischen Uz und der Spannung Up zum Zeitpunkt t4, der einen festgelegten Vergleichswert Us1 (beispielsweise mindestens 10 V) übersteigt, signalisiert das Funkenende und demzufolge das Vorliegen eines ordnungsgemäßen Zündfunkens.
  • Der in Figur 3 dargestellte Schaltungs- und Programmablaufplan steht für den in der Steuerlogik 3 bei Arbeitsbeginn des Motors zu realisierenden Vergleich zweier aufeinanderfolgender Zündereignisse eines Zylinders, hier des Zylinders 1. Durch den Vergleich der aufeinanderfolgenden Zündvorgänge, von denen der eine im Ausstoßtakt des Zylinders und der andere im Kompressionstakt auftritt, soll zunächst ein Phasensignal für die Erkennung des Kompressionstaktes ermittelt werden, um anschließend die Zündvorgänge im Ausstoßtakt abzustellen und eventuell eine Einspritzung für jeden Zylinder phasenrichtig zu steuern.
  • Eine umlaufende Kurbelwellenmarke 29 wirkt mit einem Sensor 30 zusammen, welcher einerseits an einen Meßfenstergenerator 31 und andererseits über eine Zeitstufe 32 an einen Umschalter 33 angeschlossen ist. Der Umschalter 33 schaltet nach jedem Impuls zwischen zwei Klemmen 34 und 35 hin und her. Die Primärspannung Up liegt über einen Schalter 36, welcher von dem Meßfenstergenerator 31 gesteuert wird, und dem Umschalter 33 entweder über seine Ausgangs-Klemme 34 an einem ersten Signalspeicher 37 oder über seine Ausgangs-Klemme 35 an einem zweiten Signalspeicher 38 an. Ein mit den Ausgängen der Signalspeicher 37, 38 verbundener Zähler 39 steuert einen ersten Schalter 40 und einen zweiten Schalter 41. Die beiden Schalter 40 und 41 verbinden die Signalspeicher 37 und 38 über einen Komparator 42 mit einem Programmteil 43. Dieser Programmteil 43 ist über ein Frageglied 44 mit einem weiteren Frageglied 45 verbunden. Eine positive Antwort dieser Frageglieder 44 und 45 bedeutet - wie weiter unten erläutert - die Erkennung 46 eines Phasensignals für den Zylinder 1. In einer gestrichelten Umrandung 47 ist symbolhaft dargestellt, daß diese Phasensignalerkennung 46 analog für alle Zylinder durchgeführt wird. Ein Frageglied 48 kontrolliert anschließend die Anzahl der Phasensignale. Bei mehreren Phasensignalen muß im Frageglied 50 die Plausibilität der Phasensignale zur vorgegebenen Zündfolge geprüft werden. Sind die erkannten Phasensignale plausibel zur Zündfolge, so wird dies zur Einzelfunkensteuerung an die Steuerlogik 3 weitergegeben. Das bedeutet, daß nunmehr die Zündtransistoren 20 bis 23 nur noch im Kompressionstakt der Zylinder angesteuert werden können und das die Einspritzung zylinderselektiv erfolgen kann. Die "Nein"-Ausgänge der Frageglieder 44, 45, 48 und 50 führen zu dem Programmteil 49, der die Signalspeicher 37, 38 löscht und die Phasenerkennung erneut startet.
  • Das eben beschriebene Schaltungs- und Programmschema der Figur 3 hat die im folgenden erläuterte Arbeitsweise. Die Kurbelwellenmarke 29 löst alle 360° einen Impuls im Sensor 30 aus. Dieser Impuls wird weitergegeben an den Meßfenstergenerator 31, der nun in Abhängigkeit von der Kurbelwellenumdrehung für jeden Zylinder drehwinkelversetzt alle 360° ein Meßfenster öffnet, d. h. der Schalter 36 wird geschlossen und die Primärspannung Up liegt nun am Umschalter 33 an. Dieser Umschalter 33 schaltet nach jedem Impuls des Sensors 30 zeitverzögert, so daß der Schalter 36 dann geöffnet ist, von Klemme 34 auf 35 oder umgekehrt. Das bewirkt, daß die Signalverläufe der Primärspannung Up in einem Arbeitszylinder abwechselnd in den Signalspeichern 37 und 38 abgelegt werden. Der Kolben eines Zylinders erreicht während eines Arbeitszyklusses zweimal den oberen Totpunkt, nämlich zwischen Ausstoßtakt und Ansaugtakt bzw. zwischen Kompressionstakt und Arbeitstakt. D. h. in dem einen Signalspeicher werden die Signalverläufe der Primärspannung im Kompressionstakt und in dem anderen Signalspeicher die Signalverläufe im Ausstoßtakt abgelegt. Um ein sicheres Ergebnis zu garantieren, werden in den Signalspeichern eine bestimmte Anzahl n (z. B. n = 1-10) von Signalverläufen gespeichert. Sind beide Speicher 37 und 38 voll, so werden die Schalter 40 und 41 geschlossen und im Komparator 42 wird ein erster Vergleich durchgeführt. Hier wird entschieden, ob ein signifikanter Unterschied vorliegt. Bei einer negativen Entscheidung werden im Programmteil 49 die Signalspeicher gelöscht und die Signalerkennung beginnt erneut. Konnte ein signifikanter Unterschied ermittelt werden, so wird in 43 dieser Unterschied und das Vorzeichen sign (Δn) nach der Formel Δn = (Up - Up+1) berechnet, d. h. es wird die Differenz und das Vorzeichen Δn zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalverläufen berechnet und zwischengespeichert. Jedesmal wenn in einem der Signalspeicher 37 und 38 ein neues Signal gespeichert wurde, wird in dem Programmteil 43 die Differenz Δn und das Vorzeichen sign (Δn) neu berechnet. Somit wird am Komparator 42 die Differenz Δn einmal zwischen dem alten Signal des Kompressionstaktes und dem neuen Signal des Ausstoßtaktes und beim nächstenmal ein Δ(n + 1) zwischen dem Signal des nun folgenden Kompressionstaktes und dem bereits einmal verwendeten Signal des Ausstoßtaktes berechnet. In einer anschließenden Abfrage 44 wird kontrolliert, ob diese Differenz Δn eine bestimmte Schwelle überschreitet, denkbar ist hierbei ein Mindestunterschied der Signalverläufe im Kompressions-beziehungsweise im Ausstoßtakt von mindestens 10 %. Ist dieser Mindestunterschied vorhanden, so kann ein Phasensignal für diesen Zylinder ermittelt werden. In einer Abfrage 45 wird nun geprüft, ob das Vorzeichen von Δn und Δ(n + 1) verschieden ist. Ist dies nicht der Fall (sign Δn - sign (Δn + 1) = 0), so ist damit im Programmschritt 46 ein Phasensignal für die Kompressionstakt - Erkennung für den Zylinder 1 zu ermitteln, d. h. aus den unterschiedlichen Signalverläufen der in die Speicher 37, 38 eingelesenen Signale heraus erfolgt eine Zuordnung, ob die Zündung im Kompressionstakt oder im Ausstoßtakt erfolgte. Der beschriebene Programmablauf wird in allen Zylindern durchgeführt. Sollte bei den Fragegliedern 43, 45, 48 oder 50 eine negative Antwort vorliegen, so beginnt die Signalerkennung erneut.
  • Sobald im Frageglied 48 mindestens für zwei Zylinder ein Phasensignal auftritt, werden diese im Abfrageglied 50 auf Übereinstimmung mit der vorgegebenen Zündfolge hin geprüft. Stimmt die Phasensignalfolge mit der Zündfolge überein, wird über die Steuerlogik 3 für jeden Zylinder das gewonnene Phasensignal beim weiteren Betrieb des Motors zur Ansteuerung der Zündendstufen für den Einzelfunkenbetrieb der Zündanlage im Kompressionstakt und zur Ansteuerung der Kraftstoffzufuhr für jeden Zylinder verwendet, d. h. die Zündfunken im Ausstoßtakt werden abgeschaltet.
  • In Figur 4 ist der Programmablaufplan zur Erkennung des Zünd- und Explosionserkennungssignals (Zündereignisdiagnose) dargestellt, das bei korrektem Betrieb des Motors zur Ansteuerung der Zündendstufen bzw. bei Störungen an bestimmten Zylindern zur Abschaltung der Zündung und Kraftstoffzufuhr an diesen Zylindern verwendet werden kann.
  • Das Zündsignal Ts beginnt gemäß Figur 2 zu einem Zeitpunkt to. Nach einer kurzen Zeitverzögerung öffnet ein Meßfenstergenerator 51 zum Zeitpunkt t1, d. h. er schließt einen Schalter 52. Die Verzögerung ist notwendig, um das Überschwingen der Primärspannung zwischen to und t1 zu eliminieren. Der Schalter 52 öffnet wieder, wenn im Frageglied 53 festgestellt wird, daß U(t) dt
    Figure imgb0002
     = konstant ist, oder falls dieser Fall nicht eintritt, nach einer Zeit Tmax (etwa 2 ms). Der Zeitpunkt, zu dem das Meßfenster geschlossen wird, ist der Zeitpunkt t4. Jedoch ist der effektive Nutzbereich des Meßfensters, wie zu Figur 1 ausgeführt, um eine Zeitspanne T2 kürzer, um das Überschwingen am Funkenende zu eliminieren. Dieser Nutzbereich Tmax - T2 wird im Programmschritt 54 berechnet, wobei T2 die Zeitspanne umfaßt, in der das Überschwingen auftritt. Nach dem Ermitteln des effektiven Meßfensterzeitabschnittes t2 - t1 wird im Programmschritt 55 die mittlere primärseitige Zündspannung
    Figure imgb0003
    während dieses Nutzbereiches berechnet. Parallel dazu werden im Schritt 56 Augenblickswerte der Spannung Up erfaßt und im Schritt 57 zwischengespeichert.
  • Nach dem Ermitteln der mittleren Primärzündspannung Uz wird im Frageglied 58 untersucht, ob zum Zeitpunkt t4 ein Spannungssprung ΔU bezüglich der mittleren Zündspannung Uz vorliegt. Dabei sollte dieser Spannungssprung beim Auftreten eines Zündfunkens mindestens einen Wert Us1 von 5 V betragen. Solche Vergleichsspannungen Us1 bis Us5 (wie sie weiter unten noch erwähnt werden) sind von Motorzustandskriterien abhängige festgelegte Vergleichsspannungswerte, die in einem Speicher der Auswertelogik 2 abgelegt sind.
  • Konnte ein Zündfunke erkannt werden, so wird im Programmschritt 59 untersucht, ob der Zündfunke auch zu einer Gasexplosion geführt hat. Dazu werden im Frageglied 59 die Spannungswerte zu Beginn t1 und am Ende t2 des Zündfunkens verglichen. Ist die Differenz dieser beiden Spannungswerte größer als eine Vergleichsspannung Us2 (z.B. ca. 20 V), so erfolgte die Zündung in einer Verdichtung ohne Kraftstoffzufuhr, was bedeutet, daß im Programmschritt 60 erkannt wird, daß keine Gasexplosion erfolgte. Im anderen Fall wird im Programmschritt 61 ein ordnungsgemäßer Explosionsverlauf erkannt. Die Information der fehlenden Gasexplosion - Programmschritt 60 - wird über eine Fehleranzeige 69 an die Steuerlogik 3 weitergegeben.
  • Konnte bei der Abfrage 58 kein Zündfunke erkannt werden, so wird in den Programmschritten 62, 63 und 64 nach der Fehlerursache gesucht. In der Abfrage 62 wird untersucht, ob die mittlere Zündspannung Uz kleiner als eine Vergleichsspannung Us3 (z. B. 2 V) war; sollte dies der Fall sein, so wird im Programmschritt 66 sekundärseitig eine Leitungsunterbrechung erkannt. Ist die primärseitige Zündspannung Uz dem Spannungswert zum Zeitpunkt t3 gleich (Uz = U(t3)), so handelt es sich um einen primärseitigen Kurzschluß, der im Programmschritt 67 angezeigt wird. Ein sekundärseitiger Kurzschluß liegt vor, wenn die Differenz der Zündspannung Uz und der Spannung U(t3) kleiner als ein Vergleichswert Us4 (z. B. 5 V) ist (Uz - U(t3) < Us4). Die Spannungswerte U(t1), U(t2) und U(t3), die im Speicher 57 abgelegt werden, werden im Programmschritt 56 durch Spannungsmessung zu den Zeiten t1, t2, t3 gewonnen und in der Ablauflogik bei Bedarf dem Speicher entnommen.
  • Die in den Programmschritten 60, 66, 67 und 68 erhaltenen Informationen über die Fehlerursache wird an die Fehleranzeige 69 weitergegeben und führen in der Steuerlogik 3 zu den entsprechenden Maßnahmen, z. B. Abschalten des fehlerhaft arbeitenden Zylinders. Die oben erwähnten Vergleichsspannungen sind für jeden Fahrzeugtyp zu ermitteln und entsprechend in der Steuerlogik abzuspeichern. Für ein Fahrzeug wurden diese Vergleichswerte auf einem Prüfstand ermittelt, sie betragen z. B. Us1 = 10 V, Us2 = 20 V, Us3 = 2 V und Us4 = 5 V.
  • Diese Ablauflogik der Zündereignisdiagnose wird für alle Zylinder angewandt. Wenn in einem Zylinder ein Fehler ermittelt wurde, so wird eine Fehleranzeige betätigt und an dem entsprechenden Zylinder die Einspritzung und Zündung abgeschaltet, um einen unzulässigen Schadstoffausstoß zu vermeiden.
  • Bei der Erkennung eines fehlerhaften Zündsignals kann in periodischen Abständen die Zündung ohne Einspritzung eingeschaltet werden, um zu testen, ob die Zündung wieder funktioniert (z. B. durch Freibrennen der Zündkerze). Sollte dabei wieder ein ordnungsgemäßer Zündfunke aufgetreten sein, kann die Einspritzung wieder zugeschaltet werden.
  • Um eine sichere Signalgewinnung zu gewährleisten, kann das beschriebene Verfahren zu Figur 4 auch mit anderen Verfahren und Systemen zur Zündereignisdiagnose (z. B. Laufunruheerkennung der Kurbelwelle) kombiniert werden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Erkennung einer fehlenden Gasexplosion nicht in allen Betriebspunkten eines Motors sicher möglich ist.

Claims (6)

  1. Zündanlage eines Viertakt-Ottomotors mit ruhender Zündverteilung, bei der jedem Zylinder eine Zündkerze, eine Zündspule und eine Endstufe einer Steuerschaltung der Zündanlage zum Einzelfunkenbetrieb zugeordnet ist, wobei zur Funktionsüberwachung für jeden Zündvorgang der zeitliche Verlauf der Zündspannung (Up) primärseitig erfaßt und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Arbeitsbeginn des Motors durch den Vergleich zweier aufeinanderfolgender Zündereignisse eines jeden Zylinders, d. h. jeweils einmal bei Zündung im Ausstoßtakt bzw. im Kompressionstakt, ein Phasensignal für die Kompressionstakt-Erkennung gewonnen wird.
  2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Zylinder das gewonnene Phasensignal beim weiteren Betrieb des Motors zur Ansteuerung seiner Endstufen für den Einzelfunkenbetrieb der Zündanlage und zur Ansteuerung der Kraftstoffzufuhr verwendet wird.
  3. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Zylinder bei jedem Zündereignis ein Zünd- und Explosionserkennungssignal durch den Vergleich von momentan gemessenen Spannungswerten mit bei ordungsgemäßem Zünd- und Explosionsverlauf gemessenen und in einem Speicher abgelegten Spannungswerten, gewonnen wird.
  4. Zündanlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem fehlerhaften Zünd- und Explosionserkennungssignal in der Steuerlogik der Fehler angezeigt und der betreffende Zylinder abgeschaltet wird.
  5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschalten eines Zylinders periodisch Test-Zündfunken an den betreffenden Zylinder abgegeben werden und bei ordnungsgemäßem Zündereignis der Zylinder wieder zugeschaltet wird.
  6. Zündanlage nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Funktionsüberwachung zusätzlich zur primärseitigen Erfassung und Auswertung der Zündspannung auch weitere Überwachungssysteme vorgesehen sind.
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