EP0801226B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung der Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches - Google Patents

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EP0801226B1
EP0801226B1 EP97104744A EP97104744A EP0801226B1 EP 0801226 B1 EP0801226 B1 EP 0801226B1 EP 97104744 A EP97104744 A EP 97104744A EP 97104744 A EP97104744 A EP 97104744A EP 0801226 B1 EP0801226 B1 EP 0801226B1
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EP
European Patent Office
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ignition
test pulse
pulse
combustion
fuel
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EP97104744A
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EP0801226A2 (de
EP0801226A3 (de
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Hubert Nolte
Martin Herrs
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Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/021—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using an ionic current sensor
    • 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
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1458—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with determination means using an estimation

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating the Quality of a fuel-air mixture in one Combustion phase, especially in a gasoline engine which cyclically initiates the combustion phase electrical ignition pulse to a spark plug Combustion chamber is placed. Furthermore, the Invention an apparatus for performing such Process.
  • the fuel-air ratio is not individual combustion phases evaluated, so that regulations of the air-fuel ratio are accordingly out of focus.
  • DE 28 02 196 C2 describes an ion current probe Detection of the ionization state of reaction mixtures described.
  • the ion current probe is with a Evaluation device for the ion current to form a Control or display size connected.
  • a Spark plug can be formed, an ignition voltage is applied.
  • DE 42 39 803 C2 is one Ionization current detector device for a Internal combustion engine proposed. With this the Combustion of the gas mixture by determining a Combustion pulse are confirmed. It can only be grasped whether there was a burn or not.
  • From DE-PS 34 45 539 is an evaluation of Lambda values known in which the time between the Ignition pulse and the spreading of the flame front detected becomes. This time represents the actual lambda value.
  • a measurement is used to measure the spread of the flame front Electrode mounted separately in the combustion chamber.
  • WO 92/20 912 describes a method and a device to detect misfires in a cylinder an internal combustion engine described.
  • EP-A-0 661 449 There are options for evaluating ignition errors also from EP-A-0 661 449, EP-A-0 665 376 and EP-A-0 658 692.
  • the quality of the fuel-air mixture is not used to regulate the mixture ratio a subsequent combustion phase.
  • the object of the invention is a method and Device for evaluating a fuel-air mixture propose a combustion phase in order to create a low-pollutant fuel-saving and knock-free operation a combustion engine, in particular a gasoline engine, to enable.
  • the mixture ratio (lambda value) of in a single combustion phase in Combustion chamber each existing fuel / air mixture is determined.
  • the spark plug works in the Combustion chamber as an ionization electrode, the of the mixture ratio dependent ionization of the Combustion chamber each fuel-air mixture the electrical test pulse accordingly affected.
  • the active specification of a defined Test pulse leads to more reproducible and better evaluable signals as a passive evaluation of the Ionization of the combustion phase.
  • the one derived from influencing the test pulse electrical quantity can be used to control the Mixing ratio of the following combustion phase and / or use the following combustion phases. This can happen that the fuel supply and / or the air supply is increased and / or reduced accordingly the setpoint of the mixture ratio to reach. Preferably in the area of Mixture ratio at which the engine "knocks” tends to re-adjust the ignition timing too “Knock” in the following combustion processes avoid.
  • a gasoline engine usually has several combustion chambers (Cylinder). With the invention it is possible Mixture ratio and, if necessary, the ignition timing for register and adjust each cylinder separately.
  • An apparatus for performing the method is by the features of claims 12 to 14 characterized.
  • This electrical device is simple to integrate into a conventional ignition system.
  • a gasoline engine has several combustion chambers (1), from which is shown in Figure 5.
  • Combustion chamber (1) By doing Combustion chamber (1), a spark plug (2) is arranged. This is via a valve, not shown Combustion chamber (1) a fuel-air mixture can be supplied, its mixture ratio, for example, with a Ice spray nozzle (3) and a throttle valve (4) adjustable is.
  • the spark plug (2) is connected to a secondary winding (5) Ignition coil (6) connected before its primary winding (7) there is an interrupter (8).
  • An ignition distributor (9) distributes the ignition pulses on the spark plugs (2) Combustion chambers.
  • the combustion phase (V) is one Combustion chamber (1) of a four-stroke gasoline engine indicated. This begins with one over the Breaker (8) and the ignition coil (6) from the spark plug (2) triggered ignition pulse (Z), for example a Has an ignition voltage of 15 kV. It ends depending on the Engine speed after a few ms, after which the exhaust gas from the Combustion chamber (1) is pushed out.
  • Both Embodiments according to Figures 1 to 4 is around tv delayed after the ignition timing (t0) during each Combustion phase (V) from a test pulse generator (10) a test pulse (P) shown in broken lines generates.
  • Test pulse generator (10) with a signal line (11) the breaker (8) or the secondary winding (5) Ignition coil (6) coupled.
  • the test pulse (P) is a Rectangular pulse that includes the combustion phase (V).
  • the test pulse begins after the time delay (tv) Time (t1).
  • the time delay (tv) is measured that the test pulse before the start of the actual Combustion phase (V) begins.
  • the time delay (Tv) is less than 1ms; for example, it is 0.1 ms. Due to the time delay (tv) reverberations of the Ignition voltage filtered out.
  • the test pulse (P) ends at Time (t2) after the combustion phase (V). Its duration (tp) is about 15ms maximum.
  • the amplitude (U0) remains in front of the resistor (R1) the duration of the test pulse is constant and is behind the Resistance (R1) due to a possible ionization reduced.
  • the amplitude of the test pulse (P) is much smaller than the ignition voltage (Uz) Spark plug.
  • the maximum value (U0) is Amplitude approximately between 100 V and 1000 V, for example at 600 V.
  • test pulse (P) is connected to the measuring resistor (R1) Spark plug (2) placed.
  • One at the measuring resistor (R1) Evaluation circuit (12) detects depending on the respective mixture ratio in the combustion chamber (1) due to the different ionization of the fuel-air mixture resulting change in amplitude or Measurement signal curve (Pio) compared to the test pulse (P) with the maximum value (U0).
  • Test leads (16, 17) are used for this in front of and behind the measuring resistor (R1) on the Evaluation circuit (12) are laid and one Apply differential voltage to this.
  • Figures 2, 3 and 4 show such amplitude changes or Measurement signal changes based on measurement results.
  • This change affects the Evaluation circuit (12) and evaluates it to control the Injection nozzle (3) via a control line (13) and / or Control of the throttle valve (4) via a control line (14) and to control the ignition timing of the Breaker (8) via a control line (15).
  • a setpoint (S) is applied to the evaluation circuit (12), which specifies the desired mixture ratio. According to the deviation from the nominal value (S), the Evaluation circuit (12) the fuel and / or air supply via the control lines (13, 14).
  • the test pulse (P) is over the measuring resistor (R1) to the spark plug (2).
  • the Secondary winding (5) is through one or more voltage-dependent resistors (R2) from the test pulse (P) decoupled. This will be on the spark plug (2), but not effective on the secondary winding (5).
  • the voltage-dependent resistors (R2) are in series Secondary winding (5). They set the ignition voltage (Uz) a small resistor and for the test pulse (P) they represent a great resistance simple circuit achieved the one hand ensures that the ignition pulse (Z) undisturbed on the Spark plug (2) can act and the other hand Test pulse (P) after the ignition pulse (7) undisturbed Spark plug (2) arrives.
  • the measurement signal pulse (Pio) can be evaluated by appropriate interpretation of the evaluation circuit (12) in done in different ways:
  • the evaluation circuit (12) integrates the course of the Measuring signal pulse (Pio), which is due to the Influence of the test pulse (P) by the ionization in the respective combustion process (V) results in Time, namely the duration of the test pulse (P) (see Fig. 2A, 3A, 4A).
  • the evaluation circuit (12) integrates the course of the Measuring signal pulse (Pio), which is due to the Influence of the test pulse (P) by the ionization in the respective combustion process (V) results in Time, namely the duration of the test pulse (P) (see Fig. 2A, 3A, 4A).
  • the hatched Area (integrals) of the measurement signal curves in the Figures 2A, 3A, 4A shows this area is at a lambda value of approximately 1 (cf. FIG. 3A) clearly greater than with lambda ⁇ 1 and lambda> 1 (see FIGS. 2A, 4A), what can be easily evaluated by the evaluation circuit (12) and can be used
  • the evaluation circuit (12) turns on Threshold value (Uschw) specified that is smaller than that Amplitudes (U1, U2, U3).
  • the evaluation circuit (12) detects the time period (tschw), after which the measurement signal (Pio) Threshold (Uschw) reached.
  • the beginning of the period (tschw) can refer to the time (t1) of the beginning of the Test pulse (P) (see. Fig. 2C, 3C, 4C) or on the Ignition timing (t0) can be set.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten der Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches in einer Verbrennungsphase, insbesondere bei einem Ottomotor, bei dem zyklisch ein die Verbrennungsphase einleitender elektrischer Zündimpuls an eine Zündkerze eines Verbrennungsraumes gelegt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Nach dem Stand der Technik werden Ottomotoren mit einem (fetten) Kraftstoff-Luftgemisch betrieben, dessen Lambdawert (Kraftstoff/Luftverhältnis) um 1 liegt. Eine solche Betriebsweise ist hinsichtlich der Verbrennungsabgase und des Kraftstoffverbrauchs nicht immer befriedigend.
Es sind auch Ottomotoren bekannt, die mit einem mageren Kraftstoff-Luftgemisch (Lambdawert >1) betrieben werden. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch reduziert. Es kann jedoch zum "Klopfen" kommen, was unerwünscht ist.
Bei den bekannten Motoren wird nicht das Kraftstoff-Luftverhältnis einzelner Verbrennungsphasen ausgewertet, so daß Regelungen des Kraftstoff-Luftverhältnisses entsprechend unscharf sind.
In der DE 28 02 196 C2 ist eine Ionenstromsonde zur Erfassung des Ionisationszustandes von Reaktionsgemischen beschrieben. Die Ionenstromsonde ist mit einer Auswerteeinrichtung für den Ionenstrom zur Bildung einer Steuer- oder Anzeigegröße verbunden. Zum Abbrennen von Rückständen wird an die Ionenstromsonde, die von einer Zündkerze gebildet sein kann, eine Zündspannung gelegt.
In der DE 42 39 803 C2 ist eine Ionisationsstromdetektoreinrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Mit dieser soll die Verbrennung des Gasgemisches durch die Ermittlung eines Verbrennungsimpulses bestätigt werden. Es kann nur erfaßt werden, ob eine Verbrennung erfolgte oder nicht erfolgte.
Aus der DE-PS 34 45 539 ist eine Auswertung des Lambdawertes bekannt, bei der die Zeit zwischen dem Zündimpuls und dem Ausbreiten der Flammenfront erfaßt wird. Diese Zeit repräsentiert den Ist-Lambdawert. Zur Messung der Ausbreitung der Flammenfront dient eine separat im Verbrennungsraum montierte Elektrode.
In der WO 92/20 912 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Fehlzündungen in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine beschrieben. Zur Zündung des Luft-/Kraftstoffgemisches wird ein Funken elektrisch erzeugt. Nach dem Auslösen dieses Funkens wird ein zweiter Funken ausgelöst. Die Durchbruch-Überspannung des zweiten Funkens wird erfasst. Diese Durchbruch-Überspannung wird mit einer vorbestimmten Schwellwertspannung verglichen. Damit wird erkannt, ob die Überspannung größer oder kleiner als die vorbestimmte Schwellwertspannung ist. Bei diesem Verfahren ist nicht die Qualität des Kraftstoff-Luftgemisches erfassbar. Insbesondere ist nicht vorgesehen, die Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches in einer Verbrennungsphase auszuwerten.
Möglichkeiten zur Auswertung von Zündfehlern ergeben sich auch aus der EP-A-0 661 449, der EP-A-0 665 376 und der EP-A-0 658 692. Die Qualität des Kraftstoff-Luftgemisches wird dort jedoch nicht zur Regelung des Gemischverhältnisses einer nachfolgenden Verbrennungsphase eingesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswerten eines Kraftstoff-Luftgemisches einer Verbrennungsphase vorzuschlagen, um einen schadstoffarmen, kraftstoffsparenden und klopffreien Betrieb einer Verbrennungungskraftmaschine, insbesondere Ottomotors, zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch ist erreicht, daß unter Verwendung der ohnehin vorhandenen Zündkerze das Gemischverhältnis (Lambdawert) des in einer einzelnen Verbrennungsphase im Verbrennungsraum jeweils vorliegenden Kraftstoff/Luftgemisches ermittelt wird. Die Zündkerze wirkt im Verbrennungsraum als Ionisationselektrode, wobei die von dem Gemischverhältnis abhängige Ionisierung des im Verbrennungsraum jeweils befindlichen Kraftstoff-Luftgemisches den elektrischen Prüfimpuls entsprechend beeinflußt. Die aktive Vorgabe eines definierten Prüfimpulses führt zu besser reproduzierbaren und besser auswertbaren Signalen als eine nur passive Auswertung der Ionisierung der Verbrennungsphase.
Die aus der Beeinflussung des Prüfimpulses abgeleitete elektrische Größe läßt sich zur Steuerung des Gemischverhältnisses der folgenden Verbrennungsphase und/oder der folgenden Verbrennungsphasen verwenden. Dies kann dadurch geschehen, daß die Kraftstoffzufuhr und/oder die Luftzufuhr entsprechend erhöht und/oder reduziert wird, um den Sollwert des Gemischverhältnisses zu erreichen. Vorzugsweise wird im Bereich des Gemischverhältnisses, bei dem der Motor zum "Klopfen" neigt, auch der Zündzeitpunkt nachgestellt, um ein "Klopfen" bei folgenden Verbrennungsvorgängen zu vermeiden.
Im Grenzfall kann nach jeder Verbrennungsphase (Arbeitstakt des Ottomotors) bzw. jedem Prüfimpuls das optimale Gemischverhältnis und der optimale Zündzeitpunkt für die nächste Verbrennungsphase eingestellt werden. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, aus mehreren Prüfimpulsen aufeinanderfolgender Verbrennungsphasen einen Mittelwert zu bilden und mit diesem die Nachstellung für eine oder mehrere folgende Verbrennungsphasen vorzunehmen und/oder aufgrund des Prüfimpulses einer Verbrennungsphase die Nachstellung für mehrere nachfolgende Verbrennungsphasen vorzunehmen.
Ein Ottomotor hat üblicherweise mehrere Verbrennungsräume (Zylinder). Durch die Erfindung ist es möglich, das Gemischverhältnis und nötigenfalls den Zündzeitpunkt für jeden Zylinder separat zu erfassen und einzustellen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die Merkmale der Ansprüche 12 bis 14 gekennzeichnet. Diese elektrische Vorrichtung ist einfach in eine übliche Zündanlage zu integrieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
  • Figur 1 ein Zeitdiagramm einer Verbrennungsphase (Arbeitstakt eines Ottomotors) mit Zündimpuls und Prüfimpuls,
  • Figur 2 A,B,C Meßdiagramme des Prüfimpulses bei einem fetten Gemisch, z.B. Lambda 0,8,
  • Figur 3 A,B,C Meßdiagramme des Prüfimpulses bei Lambda um 1,
  • Figur 4 A,B,C Meßdiagramme des Prüfimpulses bei sehr magerem Gemisch, z.B. Lambda >1,
    • wobei bei den Meßdiagrammen 2A, 3A und 4A eine Integralmessung, bei den Meßdiagrammen 2B, 3B, 4B eine Spannungsmessung in einem vorgegebenen Zeitfenster und bei den Meßdiagrammen 2C, 3C, 4C eine vom Erreichen eines Spannungsschwellwertes abhängige Zeitmessung erfolgt,
    • Figur 5 schematisch ein Schaltbild zur Erzeugung und Auswertung des Prüfimpulses nach den Figuren 1 bis 4.
    Ein Ottomotor weist mehrere Verbrennungsräume(1) auf, von denen in der Figur 5 einer gezeigt ist. In dem Verbrennungsraum(1) ist eine Zündkerze(2) angeordnet. Über ein nicht dargestelltes Ventil ist dem Verbrennungsraum(1) ein Kraftstoff-Luftgemisch zuführbar, dessen Gemischverhältnis beispielsweise mit einer Eispritzdüse(3) und einer Drosselklappe(4) einstellbar ist.
    Die Zündkerze(2) ist an eine Sekundärwicklung(5) einer Zündspule(6) angeschlossen, vor deren Primärwicklung(7) ein Unterbrecher(8) liegt. Ein Zündverteiler(9) verteilt die Zündimpulse auf die Zündkerzen(2) der Verbrennungsräume.
    In den Figuren 1 bis 4 ist die Verbrennungsphase(V) eines Verbrennungsraums(1) eines Viertakt-Ottomotors angedeutet. Diese beginnt mit einem über den Unterbrecher(8) und die Zündspule(6) von der Zündkerze(2) ausgelösten Zündimpuls(Z), der beispielsweise eine Zündspannung von 15 kV hat. Sie endet je nach der Motordrehzahl nach einigen ms, wonach das Abgas aus dem Verbrennungsraum(1) ausgeschoben wird. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 bis 4 wird um tv zeitverzögert nach dem Zündzeitpunkt(t0) während jeder Verbrennungsphase(V) von einem Prüfimpulsgenerator(10) ein strichliert dargestellter Prüfimpuls(P) erzeugt. Zur Erfassung des Zündzeitpunktes ist der Prüfimpulsgenerator(10) über eine Signalleitung(11) mit dem Unterbrecher(8) oder der Sekundärwicklung(5) der Zündspule(6) gekoppelt. Der Prüfimpuls(P) ist ein Rechteckimpuls, der die Verbrennungsphase(V) einschließt.
    Der Prüfimpuls beginnt nach der Zeitverzögerung(tv) zum Zeitpunkt(t1). Die Zeitverzögerung(tv) ist so bemessen, daß der Prüfimpuls vor dem Beginn der eigentlichen Verbrennungsphase(V) einsetzt. Die Zeitverzögerung(Tv) ist kleiner als 1ms; sie liegt beispielsweise bei 0,1ms. Durch die Zeitverzögerung(tv) werden Nachschwingungen der Zündspannung ausgefiltert. Der Prüfimpuls(P) endet zum Zeitpunkt(t2) nach der Verbrennungsphase(V). Seine Dauer (tp) beträgt etwa maximal 15ms.
    Die Amplitude(U0) bleibt vor dem Widerstand(R1) während der Dauer des Prüfimpulses konstant und wird hinter dem Widestand(R1) durch eine eventuelle Ionisation verkleinert. Die Amplitude des Prüfimpulses(P) ist wesentlich kleiner als die Zündspannung(Uz) der Zündkerze. Beispielsweise liegt der Maximalwert(U0) der Amplitude etwa zwischen 100 V und 1000 V, beispielsweise bei 600 V.
    Der Prüfimpuls(P) ist über einen Meßwiderstand(R1) an die Zündkerze(2) gelegt. Eine am Meßwiderstand(R1) liegende Auswerteschaltung(12) erfaßt die sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gemischverhältnis im Verbrennungsraum(1) infolge der unterschiedlichen Ionisierung des Kraftstoff-Luftgemisches ergebende Änderung der Amplitude bzw. des Meßsignalverlaufs(Pio) gegenüber dem Prüfimpuls(P) mit dem Maximalwert(U0). Hierzu dienen Meßleitungen(16,17) vor und hinter dem Meßwiderstand(R1), die auf die Auswerteschaltung(12) gelegt sind und eine Differenzspannung an diese legen. Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen solche Amplitudenänderungen bzw. Meßsignaländerungen anhand von Meßergebnissen.
    Bei einem Gemischverhältnis entsprechend Lambda <1 ergibt sich bei der Messung der Meßsignalimpuls(Pio) mit einer Amplitude(U1) (vgl. Fig. 2A, 2B, 2C) Bei einem Gemischverhältnis entsprechend Lambda etwa 1 ergibt sich bei der Messung ein Meßsignalimpuls(Pio) mit einer Amplitude(U2) (vgl. Fig. 3A, 3B, 3C). Bei einem Gemischverhältnis entsprechend Lambda >1 ergibt sich bei der Messung der Meßsignalimpuls(Pio) mit einer Amplitude (U3) (vgl. Fig. 4A, 4B, 4C). Die jeweilige Änderung des sich ergebenden Meßsignalimpulses(Pio) gegenüber dem Prüfimpuls ist somit ein Maß für das jeweilige Gemischverhältnis in dem Verbrennungsraum(1) in der Verbrennungsphase(V). Diese Änderung erfaßt die Auswerteschaltung(12) und wertet sie zur Steuerung der Einspritzdüse(3) über eine Steuerleitung(13) und/oder zur Steuerung der Drosselklappe(4) über eine Steuerleitung (14) und zur Steuerung des Zündzeitpunktes des Unterbrechers(8) über eine Steuerleitung(15) aus.
    An die Auswerteschaltung(12) ist ein Sollwert(S) gelegt, der das jeweils gewünschte Gemischverhältnis vorgibt. Entsprechend der Abweichung vom Sollwert(S) stellt die Auswerteschaltung(12) die Kraftstoff- und/oder Luftzufuhr über die Steuerleitungen(13,14) nach.
    Bei der Schaltung nach Figur 5 ist der Prüfimpuls(P) über den Meßwiderstand(R1) an die Zündkerze(2) gelegt. Die Sekundärwicklung(5) ist durch einen oder mehrere spannungsabhängige Widerstände(R2) von dem Prüfimpuls(P) entkoppelt. Dieser wird dadurch an der Zündkerze(2), nicht jedoch an der Sekundärwicklung(5) wirksam. Die spannungsabhängigen Widerstände(R2) liegen in Reihe zur Sekundärwicklung(5). Für die Zündspannung(Uz) stellen sie einen kleinen Widerstand und für den Prüfimpuls(P) stellen sie einen großen Widerstand dar. Dadurch ist eine einfache Schaltung erreicht, die einerseits gewährleistet, daß der Zündimpuls(Z) ungestört auf die Zündkerze(2) wirken kann und andererseits der Prüfimpuls(P) nach dem Zündimpuls(7) ungestört zur Zündkerze(2) gelangt.
    Da der Zündverteiler(9) zwischen den spannungsabhängigen Widerständen(R2) und der Zündkerze(2) liegt, erfaßt die beschriebene Schaltung die Verbrennungsphase(V) in jedem Verbrennungsraum(1) einzeln.
    Die Auswertung des Meßsignalimpulses(Pio) kann durch entsprechende Auslegung der Auswerteschaltung(12) in unterschiedlicher Weise erfolgen:
    A: Die Auswerteschaltung(12) integriert den Verlauf des Meßsignalimpulses(Pio), der sich infolge der Beeinflussung des Prüfimpulses(P) durch die Ionisierung im jeweiligen Verbrennungsvorgang(V) ergibt, über die Zeit, nämlich die Dauer des Prüfimpulses(P) (vgl. Fig.2A, 3A, 4A). Wie der Vergleich der schraffierten Flächeninhalte (Integrale) der Meßsignalverläufe in den Figuren 2A, 3A, 4A zeigt, ist dieser Flächeninhalt bei einem Lambdawert von etwa 1 (vgl. Fig. 3A) deutlich größer als bei Lambda <1 und Lambda >1 (vgl. Fig. 2A,4A), was von der Auswerteschaltung(12) einfach auswertbar und zur Regelung des Kraftstoff-Luftgemisches verwendbar ist.
    B: Mit dem Beginn des Prüfimpulses(P) zum Zeitpunkt(t1) oder mit dem Zündimpuls(Z) wird ein Zeitgeber gestartet. Nach der von diesem vorgegebenen Zeit(ts), die länger als die Zeitverzögerung(tv) ist, wird zum Zeitpunkt(t3) für eine im Vergleich zur Dauer des Verbrennungsvorgangs(V) sehr kurze Zeit ein Meßfenster(F) geöffnet. In diesem Meßfenster(F) erfaßt die Auswerteschaltung(12) die jeweilige Höhe des Meßsignals(Pio) (vgl. Fig. 2B,3B,4B). Der Vergleich der Höhe der Meßsignale(Pio) in den Meßfenstern(F) in den Figuren 2B, 3B, 4B zeigt, daß das Meßsignal zum Meßzeitpunkt(t3) bei einem Lambdawert von etwa 1 (vgl. Fig.3B) deutlich größer ist als bei einem Lambdawert <1 und einem Lambdawert >1 (vgl. Fig. 2B,4B). Dies ist von der Auswerteschaltung(12) einfach auswertbar und zur Regelung des Kraftstoff-Luftgemisches verwendbar.
    Bei dieser Ausführung ist es nicht notwendig, daß die Dauer des Prufimpulses(P) den Verbrennungsvorgang(V) ganz einschließt. Der Anfang(t1) und das Ende(t2) des Prüfimpulses(P) können nahe an das Meßfenster(F) gelegt werden.
    C: Von der Auswerteschaltung(12) wird ein Schwellwert(Uschw) vorgegeben, der kleiner ist als die Amplituden(U1,U2,U3). Die Auswerteschaltung(12) erfaßt die Zeitdauer(tschw), nach der das Meßsignal(Pio) den Schwellwert(Uschw) erreicht. Der Beginn der Zeitdauer (tschw) kann auf den Zeitpunkt(t1) des Beginns des Prüfimpulses(P) (vgl. Fig. 2C,3C,4C) oder auf den Zündzeitpunkt(t0) gelegt werden.
    Wie der Vergleich der Figuren 2C, 3C, 4C zeigt, ist bei einem Lambdawert von etwa 1 (vgl. Fig.3C) die Zeitdauer (tschw) bis zum Erreichen des Schwellwerts(Uschw) deutlich kürzer als bei Lambda <1 und Lambda >1 (vgl. Fig.2C,4C), was von der Auswerteschaltung(12) einfach auswertbar und zur Regelung des Kraftstoff-Luftgemisches verwendbar ist.
    D: Es ist auch eine Kombination der Verfahren nach C und A möglich. Dabei wird beim Erreichen des Schwellwerts (Uschw) die Integration nach A gestartet. Dadurch ist der Einfluß von störenden Meßsignalschwankungen, die unterhalb des Schwellwerts(Uschw) und innerhalb der Zeitdauer(tschw) liegen, auf das Integrationsergebnis unterdrückt.
    Bei den genannten Verfahren A, B, C, D wird nicht direkt erfaßt, ob der jeweilige Verbrennungsvorgang über- oder unterstöchiometrisch ist (Lambda >1 oder Lambda <1). Dies kann jedoch dadurch erfaßt werden, daß die Auswerteschaltung(12) die jeweilige Stellung oder die jeweilige Stellrichtung der Aktorik (Düse 3, Drosselklappe 4) erfaßt, weil die jeweiligen Stellungen oder Stellrichtungen ein Abbild der Betriebsweise im über- oder unterstochiometrischen Bereich sind.

    Claims (10)

    1. Verfahren zum Auswerten der Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches in einer Verbrennungsphase, insbesondere bei einem Ottomotor, bei dem zyklisch ein die Verbrennungsphase einleitender elektrischer Zündimpuls an eine Zündkerze eines Verbrennungsraums gelegt wird,
      dadurch gekennzeichnet, dass während der Verbrennungsphase (V) folgend auf den Zündimpuls (Z) ein elektrischer Prüfimpuls (P) an die Zündkerze gelegt und dass die durch das jeweilige Kraftstoff-Luftgemisch des Verbrennungsraums erfolgende Beeinflussung des Prüfimpulses (P) als elektrische Größe derart erfasst wird, dass sie dem Gemischverhältnis des Kraftstoff-Luftgemischs entspricht, und dass die elektrische Größe zur Steuerung des Gemischverhältnisses des Kraftstoff-Luftgemisches der folgenden Verbrennungsphase (V) oder der folgenden Verbrennungsphasen (V) ausgewertet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Größe zur Steuerung des Zündzeitpunktes des oder der folgenden Zündimpulse(Z) ausgewertet wird.
    3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfimpuls(P) etwa der Dauer der Verbrennungsphase(V) entspricht.
    4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Prüfimpulses(P) auf einen vorbestimmten Maximalwert(U0) ausgelegt wird, der wesentlich kleiner als die Zündspannung des Zündimpulses (Z) ist, wobei sich der Istwert der Amplitudedes Prüfimpulses(P) entsprechend dem jeweiligen Gemischverhältnis des Kraftstoff-Luftgemisches im jeweiligen Verbrennungsvorgang gegenüber dem Maximalwert (U0) verkleinert und dies ausgewertet wird, und daß die Höhe des infolge des Prüfimpulses(P) auftretenden Meßsignals(Pio) nach einer vorgegebenen Zeit(ts) ausgewertet wird, wobei der Meßzeitpunkt(t3) innerhalb der Dauer des Prüfimpulses(P) liegt.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Prüfimpulses(P) auf einen vorbestimmten Maximalwert(U0) ausgelegt wird, der wesentlich kleiner als die Zündspannung des Zündimpulses (Z) ist, und daß das Integral des durch das jeweilige Mischverhältnis beeinflußten Meßsignalverlaufs(Pio) während des Prüfimpulses(P) ausgewertet wird.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Prüfimpulses(P) auf einen vorbestimmten Maximalwert(U0) ausgelegt wird, der wesentlich kleiner als die Zündspannung des Zündimpulses(Z) ist, und daß der Zeitpunkt(tschw) des Erreichens eines Meßsignalschwellwerts(Uschw) ausgewertet wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß ab dem Zeitpunkt des Erreichens des Meßsignalschwellwerts(Uschw) der weitere Meßsignalverlauf durch Integration ausgewertet wird.
    8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem Ottomotor mit einem den Zündimpuls auslösenden Unterbrecher und einer den Zündimpuls erzeugenden Zündspule,
      dadurch gekennzeichnet, daß ein Prüfimpulsgenerator(10) den Zündzeitpunkt am Unterbrecher(8) erfaßt und mit einer Verzögerungszeit(tv) den Prüfimpuls(P) erzeugt und daß der Prüfimpulsgenerator (10) mit der Zündkerze(2) und einer Auswerteschaltung(12) verbunden ist, die den von dem jeweiligen Kraftstoff-Luftgemisch im Verbrennungsraum(1) beeinflußten Prüfimpuls(P) auswertet.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfimpulsgenerator(10) über einen Meßwiderstand (R1) an die Zündkerze(2) und die Auswerteschaltung(12) gelegt ist.
    10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere spannungsabhängige Widerstände(R2) in Reihe zur Sekundärwicklung(5) der Zündspule(6) geschaltet sind, und somit den Prüfimpuls(P) von der Sekundärwicklung(5) entkoppeln.
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