EP1222385A1 - Vorrichtung und verfahren zur zündung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur zündung einer brennkraftmaschine

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Publication number
EP1222385A1
EP1222385A1 EP00975808A EP00975808A EP1222385A1 EP 1222385 A1 EP1222385 A1 EP 1222385A1 EP 00975808 A EP00975808 A EP 00975808A EP 00975808 A EP00975808 A EP 00975808A EP 1222385 A1 EP1222385 A1 EP 1222385A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
time
edge
diagnostic
determined
ignition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00975808A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Haussmann
Joachim Heimes
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19956381A external-priority patent/DE19956381A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1222385A1 publication Critical patent/EP1222385A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/266—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor the computer being backed-up or assisted by another circuit, e.g. analogue
    • 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
    • F02P17/02—Checking or adjusting ignition timing
    • 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
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/055—Layout of circuits with protective means to prevent damage to the circuit, e.g. semiconductor devices or the ignition coil
    • F02P3/0552—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F02P3/0554—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques
    • 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
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2031—Control of the current by means of delays or monostable multivibrators
    • 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
    • F02P2017/123—Generating additional sparks for diagnostics

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for igniting an internal combustion engine according to the type of the independent claims. From EP-PS 0 344 394 a device and a method for igniting an internal combustion engine are already known which evaluate the primary voltage curve of an ignition coil as a function of time by means of a circuit, the device making an additional component necessary. Using one
  • the case can be determined in which the primary voltage amplitude drops below a defined amplitude before a specified time has elapsed. This case is interpreted as a misfire.
  • DE-OS 41 40 147 it is described that the course of the secondary voltage or the burning voltage transformed on the primary side is detected by means of a sensor and, if the ignition is correct, that applied to a diagnostic line
  • EP-OS 0 020 069 shows and describes a device in which the primary voltage curve is monitored in such a way that the time difference during which the primary voltage exceeds a certain, predetermined value is compared with a predetermined time difference. If the primary voltage remains above the specified value for a longer time difference compared to the specified time difference, a faulty ignition is recognized.
  • the device according to the invention and the method according to the invention with the features of the independent claims have the advantage over the fact that the course of variables of the primary circuit or of the secondary circuit is monitored using threshold values. If the specified threshold values are exceeded or undershot, an edge is generated in a digital diagnostic line, which edge is evaluated in a microprocessor.
  • time processing unit which is arranged separately from and connected to the microcomputer, since the comparisons of signals to be carried out by the time processing unit with a continuous time counter show the capacity of the microcomputer so not burdened.
  • setpoint intervals on the basis of model assumptions as a function of operating parameters of the internal combustion engine and to store them in the memory unit of the microcomputer. This storage can also take place during the application.
  • the setpoint intervals are then dependent on the corresponding operating parameters of the internal combustion engine from the storage unit for the one to be carried out Read comparison. It is particularly advantageous to select the battery voltage as the operating parameter.
  • a further advantageous improvement is achieved in that the respective setpoint intervals are determined using statistical methods during the running time of the internal combustion engine on the basis of the measured time difference values. For certain applications, it also proves to be advantageous to compare the measured time difference with a target value. It is particularly advantageous to form a ratio of the measured time difference with the corresponding time difference of the previous combustion process of the same cylinder.
  • the ratio is then checked for the deviation from 1. Fluctuations in temperature and battery voltage have little effect on the ratio due to the short time interval between two combustion processes. It is also advantageous in the evaluation of the time periods that the time periods can be differentiated on a cylinder-specific basis on the basis of the control signal and a cylinder-specific error analysis can thus be carried out. Accordingly, the error can advantageously be stored in the memory unit of the microcomputer with reference to the respective cylinder, output on a display unit or cylinder-specific emergency measures can be taken.
  • Threshold value can be determined whether there is a short circuit to the battery voltage or a short circuit in the winding in the ignition coil. It is also advantageous if the time between the first charging flank and the second charging flank is determined as the charging time and it is checked whether the charging time is within a second setpoint interval. It can advantageously be recognized from this whether there is a loose contact in the peripheral unit or an error in the microcomputer or the time-processing unit. It has also proven to be advantageous to recognize the time difference between the first charging edge and the second charging edge as the charging time when a second ÜTA edge occurs before the second charging edge. This is advantageous since the occurrence of an overtemperature shutdown can then also be detected via the diagnostic line.
  • first edge the so-called first voltage edge
  • second edge the so-called second voltage edge
  • Voltage edge, a rise time and first voltage edge and second voltage edge, an ignition time are determined, and if the determined rise time falls below a third setpoint and the ignition time exceeds a fourth setpoint, ignition can be assessed as not having occurred.
  • FIG. 1 schematically shows a device according to the invention
  • FIG. 2 shows the time course of a control signal, a primary current, a primary voltage, a current diagnostic signal and two examples of a voltage diagnostic signal (schematic),
  • Figure 3 shows the time course of a control signal, a primary current, a primary voltage and two embodiments of a current / voltage diagnostic signal
  • FIG. 4 shows the time course of a control signal, a primary current, a primary voltage, a current diagnostic signal and two exemplary embodiments of a voltage diagnostic signal when the temperature is switched off
  • FIG. 5 shows the course over time of a control signal, a primary current, a primary voltage and two exemplary embodiments of a current / voltage diagnostic signal in the event of overtemperature shutdown (schematic)
  • FIG. 6 shows the course of a method according to the invention (schematic)
  • FIG. 7 shows the sequence of a method according to the invention for considering a switch-on time (schematic).
  • Figure 9 shows the sequence of a method according to the invention for the consideration of an ignition time (schematic).
  • FIG. 1 A device according to the invention for igniting an internal combustion engine is shown in FIG.
  • the first end of the secondary winding 15 is in series with the first electrode of the spark plug 20.
  • the second electrode of the spark plug 20 and the second end of the secondary winding 15 are connected to the engine ground.
  • the essential component of the ignition output stage 3 is the controllable switch 5, which is preferably designed as a power transistor.
  • the collector of the power transistor is in series with the first end of the primary winding 10 of the ignition coil 8, while the emitter of the controllable switch 5 is connected to the ground.
  • the second end of the primary winding is in series with the voltage source Ub at . Furthermore, the device for ignition of an internal combustion engine in FIG.
  • the microcomputer 25 is part of a central control unit, which contains a storage unit, a computing unit and a time counter.
  • the microcomputer 25 is connected via a signal line 30 to the controllable input of the controllable switch 5 of each peripheral unit 2.
  • Digital control signals are sent out to the peripheral units via the signal line, by means of which the respective peripheral unit causes ignition.
  • the microcomputer 25 is connected to the ignition output stage 3 of the peripheral unit 2 via a diagnostic line 35.
  • Digital diagnostic signals are sent from the peripheral units to the central control unit via the diagnostic line.
  • the time counter unit of the microcomputer 25 can also be in a separate from
  • Microcomputer working time processing unit TPU
  • the time-processing unit is also part of the central control unit.
  • the diagnostic line (s) 35 are connected to the time-processing unit, in which case the time-processing unit is in turn connected to the microcomputer via a data line or data lines.
  • the time processing unit is still connected to the signal line or lines.
  • FIG. 1b shows that a peripheral unit 2 is assigned to each cylinder.
  • 1b shows the peripheral units 2 for the 1st cylinder, the 2nd cylinder and the Nth cylinder. This can be the designations (1st, 2nd, n) in the respective Peripheral unit 2 rectangles are removed.
  • Each peripheral unit 2 is connected to the microcomputer 25 via a signal line 30, the signal line 30 leading within each peripheral unit 2 to the controllable switch 5, as was shown with reference to FIG.
  • Each peripheral unit is also connected to a diagnostic line 35, in this exemplary embodiment a specific, fixed number of diagnostic lines being connected to a logic device.
  • Either all diagnostic lines of the peripheral units of all cylinders can be connected to a single link module, or a certain, defined number of diagnostic lines can be connected to a link module, in which case several such link modules are present.
  • the logic module or logic modules can represent separate modules, or can be integrated in the microcomputer 25, the time-processing unit or in one or more ignition output stages 3.
  • FIG. 1c A further exemplary embodiment is shown in FIG. 1c, in which the signals from the ignition output stages 3 of the various cylinders can be linked via diagnostic lines 35 by means of so-called open collector circuits 36.
  • the signals of a plurality of diagnostic lines 35 can be linked to form the signal of a common diagnostic line 37, wherein either the signals of all or groups of preferably two, three or four diagnostic lines 35 can be combined to form a common diagnostic line 37.
  • Each diagnostic line 35 of a 1st cylinder, 2nd cylinder and nth cylinder (lined up from the top in the drawing lc) becomes the basis of a controllable one Switching element 38 of the open collector circuit 36, wherein the controllable switching element is preferably designed as a transistor.
  • each controllable switching element 38 is connected to the ground.
  • the collectors of the controllable switching elements 38 of each group are connected in parallel to one another and are in series with a pull-up resistor on the battery voltage.
  • the collectors of the controllable switching elements are also connected to the microcomputer 25 or the time-processing unit via the collective diagnostic line 37.
  • the ignition output stage 3 of a cylinder is shown in more detail in FIG.
  • the controllable switch 5 which with the signal line 30 and the primary winding 10 and the
  • Motor ground is connected, at least one comparator, preferably a first comparator 45, a second comparator 50 and a third comparator 55, at least one sensor, preferably a first sensor 60 and a flank-forming element 65 are part of the
  • the output of the edge-forming element is connected to the diagnostic line 35, while the outputs of the comparators 45, 50, 55 and a connecting line 67 to the signal line 30 are connected to the inputs of the edge-forming element.
  • the lines originating from the first, second and third comparators and the sensor as well as the signal line, which are supplied with edges, can also be linked to the diagnostic line 35 via a link module or an open collector circuit.
  • the mode of operation of the components of the inventive device for igniting an internal combustion engine described in FIG. 1 will be explained with reference to FIGS. 2 to 5.
  • the time is plotted in the direction of the abscissa in FIGS. This is shown using the timeline shown above.
  • the signal is plotted in FIG.
  • the controllable switch 5 is blocked by an edge in the signal of the signal line 30, the so-called switch-off edge, and thus a high voltage is generated in the secondary winding 15 of the ignition coil 8, which then causes an ignition spark to occur at the spark plug 20.
  • the process between the first time T1 and the second time T2, during which the controllable switch is switched through, is referred to as the charging process.
  • the primary current I drops rapidly to zero after the second time T2.
  • the primary voltage U present on the primary side is plotted in FIG. 2c as a function of time.
  • the primary voltage U is in the inventive device for ignition of an internal combustion engine from a point between the controllable Switch 5 and the primary winding 10 measured against ground. Before the first time T1, the primary voltage is at the battery voltage Ub ⁇ specified by the voltage source. From the first time T1, at which the controllable switch 5 is opened, the primary voltage drops to
  • the operating voltage i.e. the voltage at which the spark on the spark plug burns back to the primary side.
  • the primary voltage has the in
  • Figure 2c schematically illustrated course.
  • the primary voltage rises very sharply and then drops again very sharply, but remains at a high level during the ignition spark.
  • the primary voltage exceeds a specific, predetermined second threshold value of the primary voltage U1 at a fourth point in time. After the ignition spark goes out, the primary voltage drops again until it reaches the battery voltage.
  • the primary voltage passes a certain, predetermined third threshold value. This could be, for example, at a voltage value U2 or a voltage value U3 (see FIG. 2c). If the voltage value U2 is specified as the third threshold value, then the primary voltage drops to voltages below this third threshold value U2 at a fifth time T5. If, on the other hand, the lower voltage U3 is specified as the third threshold value, then the primary voltage drops to voltages below this third threshold value U3 at a sixth time T6.
  • the ignition output stage 3 has at least one comparator 45, 50, 55 and / or sensor 60 and a signal-forming element, preferably an edge-forming element 65.
  • the comparator can be used to compare sizes of the ignition circuits, preferably primary current and primary voltage, with threshold values.
  • the signal-forming element connected to the comparator generates a diagnostic signal, preferably the edge-forming element generates a first or a second edge, which then over the Diagnostic line 35 is output.
  • the edge-forming element can also have a connection 67 to the signal line 30.
  • First or second edges can also be formed when the switch-on or switch-off edge reaches the controllable switch.
  • a specific, predetermined state of the ignition stage can also be detected by means of one or more sensors 60.
  • the edge-forming element can also have a first or a second edge generate and output to the diagnostic line.
  • a first edge means a level jump from 0 to 1
  • the diagnostic signals formed by the signal-forming element 65 can also comprise other digital signals as edges, which, however, can be transmitted and evaluated analogously to edges, taking into account their shape. In the following explanations, therefore, reference should only be made to edges as a special embodiment of the diagnostic signals.
  • the comparator 45 compares whether the primary current exceeds a specific, predetermined first threshold value II.
  • the edge-forming element 65 then forms a first edge, the so-called charging edge, when the primary current exceeds the first threshold value II, that is to say at a third time T3 (see FIG. 2b).
  • the signal that is present on the diagnostic line in this case is shown in FIG. 2e.
  • the level is changed from 1 to 0.
  • a second flank is generated by the flank-forming element if the switch-off flank is present in the signal line 30 after the start of the charging process. This edge is present at the second point in time T2 and causes the controllable switch 5 to be blocked.
  • the second charging edge at the second point in time T2 which in this preferred exemplary embodiment means a level change from 0 to 1, is again shown in FIG. 2e.
  • the comparator 50 compares whether the primary voltage exceeds a second threshold value U1. If the second threshold value is exceeded at a fourth time T4, the edge-forming element 65 generates a first edge, the so-called first voltage edge, and passes it on to the diagnostic line 35.
  • the first voltage edge can be seen in FIGS. 2f and 2g. It represents a negative edge in the preferred embodiment.
  • a second edge, the so-called second voltage edge is generated in the preferred embodiment as a positive edge if it is determined by the comparator 55 that the primary voltage falls below a third threshold value.
  • Such a threshold value could be a second voltage value U2 or a third voltage value U3.
  • FIG. 2f shows the case in which the second voltage edge is generated when a second voltage value U2 is undershot (at a fifth point in time T5)
  • FIG. 2g shows the case in which the second voltage edge is formed when a third voltage value U3 is undershot .
  • the choice of the threshold values allows the level 0 to be extended over a different length of time.
  • the voltage values U1, U2 and U3 can be designed to be applicable in one embodiment.
  • FIG. 3 shows a further preferred exemplary embodiment for the generation of the edges, in which charging and voltage edges are generated one after the other and are output to the same diagnostic line 35.
  • Figures 3a to 3c correspond to Figures 2a to 2c and are therefore not explained again.
  • the signal of the diagnostic line 35 is plotted against time.
  • a first charging edge is generated at a third time T3 and a second charging edge at a second time T2.
  • a first voltage edge is formed at a fourth point in time and a second voltage edge at a fifth point in time.
  • FIG. 3f shows a signal of the diagnostic line analogous to FIG. 3e, which differs from the signal in FIG. 3e only in that the third threshold value is at a different voltage value.
  • FIG. 4 shows the time sequences of the signals for a further preferred exemplary embodiment.
  • Figure 4a is analogous to Figure 2a and is therefore not explained again.
  • the primary current is plotted as a function of time in FIG. 4b. Analogously to FIG. 2b, the primary current rises continuously from a first point in time T1 and exceeds a first threshold value II at a third point in time. At a seventh point in time T7, components of the ignition output stage are switched off because certain components have too high a temperature. The primary current slowly decreases from the seventh time T7 and continues to decrease after reaching the second time T2 until a primary current of zero is reached.
  • the associated time profile of the primary voltage is shown in FIG. 4c.
  • the course is designed analogous to the course shown in FIG.
  • FIG. 4e shows how the signal curve of the diagnostic line is designed when an edge is generated due to the overtemperature shutdown.
  • a first loading flank is first generated at a third point in time T3.
  • the overtemperature shutdown then takes place at the seventh time T7 and is detected by the sensor 60.
  • the flank-forming element 65 then generates a second flank, the so-called ÜTA flank, as can be seen in FIG. 4e.
  • FIGS. 4f and 4g correspond to the diagnostic signals from the primary voltage curve, which has already been explained with reference to FIGS. 2f and 2g.
  • the course of the signals of a further exemplary embodiment is plotted in FIG. 5.
  • the course of the control signal in FIG. 5a, the primary current in FIG. 5b and the primary voltage in FIG. 5c correspond to the courses plotted in FIGS. 4a to 4c and are therefore not explained again.
  • the diagnostic signal is plotted as a function of time in FIG. 5e.
  • a first charging edge is generated and, due to the overtemperature cutoff that occurs, the seventh Time a second ÜTA edge generated.
  • a first and a second voltage edge are formed.
  • the course of the diagnostic signal in FIG. 5f differs from the course of the diagnostic signal in FIG. 5e only in that the third threshold value for the second voltage edge is at a different voltage value.
  • any of the diagnostic signals described above can be generated for the peripheral unit of each cylinder.
  • the digital diagnostic signals arrive via the diagnostic line 35 to the microcomputer 25 or the time-processing unit.
  • a diagnostic line 35 extends from the peripheral unit 2 of each cylinder.
  • a plurality of diagnostic lines 35 can be linked to the link module 40, the ignition process of which is sufficiently far apart in time that the diagnostic signals of the cylinders can be separated.
  • Embodiment can be combined up to four diagnostic lines 35 of four cylinders by means of a link module 40.
  • the output of the link module 40 forms a common diagnostic line 37, which forwards the linked diagnostic signal to the microcomputer or the time-processing unit.
  • the link module 40 links the incoming diagnostic signals in the correct chronological order. This means that a level 0 is generated at the output if at least one of the incoming diagnostic signals.
  • Diagnostic signals have a level 0. Only if the levels of all incoming diagnostic lines have a 1 the level at the output of the link module 40 is set to 1.
  • the logic contained in the link module 40 depends on whether a first edge means a level change from 0 to 1 or from 1 to 0.
  • the variant shown here includes changing the level of the first edge from 1 to 0 (negative edge).
  • the link is made by means of the link module 40 such that a 1 is generated at the output if at least one of the levels of the incoming diagnostic signals has a 1 and if the level of all incoming diagnostic signals have a 0, a 0 is generated at the output.
  • a similar linkage of the signals of the diagnostic lines of individual cylinders also takes place via the open collector linkage, which is shown in the exemplary embodiment in FIG. 1c.
  • a level 0 is generated here in the common diagnostic line 37 if a level 1 is present on at least one diagnostic line 35. Then the controllable switching element switches through and a current flows from Ub at to the motor ground. The voltage at the collector thus becomes zero. If all levels of the diagnosis lines 37 are at 0, then all controllable switching elements 38 are in the blocking state and the level of the group diagnosis
  • the edges of the common diagnostic line will therefore be opposite to the edges of the diagnostic lines, but will have the correct sequence in time. Ie a positive edge becomes a negative edge and a negative edge becomes a positive edge. Taking this into account First and second edges can be distinguished.
  • the signals from the diagnostic line (s) 35 or the common diagnostic line (s) 37 then arrive either at the microcomputer or at the time processing unit (TPU), if one is present. As already explained, both units contain a time counter. By comparing the signals from the diagnostic lines 35 or the common diagnostic lines 37 and the signal lines 30 with the time running continuously in the time counting unit, periods between individual events which are connected to signals on the lines can be determined. Any time period between edges on the signal and diagnostic line, also in combination of the edges of different lines, can be used.
  • the time difference between the switch-on edge and the first charging edge is determined, this time difference being referred to as the switch-on time.
  • the time difference between the first and second loading flanks ie between T3 and T2 is determined. This time difference is called the charging time.
  • Overtemperature shutdown can also represent the second edge, which determines the end of the charging time, the ÜTA edge.
  • the time difference between the switch-off edge and the first voltage edge that is to say between T2 and T4
  • the so-called rise time and / or the time difference between the first and second voltage edge that is to say between T4 and T5 or T6 so-called ignition time, determined.
  • These time periods can be assigned to the respective cylinder on the basis of the associated control signal and it can also be distinguished whether the time difference between two edges of a pair of edges belongs to the charging time or the ignition time.
  • the charging process has not yet ended when the first edge occurs, i.e. the second point in time T2, at which the controllable switch 5 is blocked by means of the switch-off edge, has not yet been exceeded, while at
  • the second time T2 of the respective ignition process of the respective cylinder has already been exceeded.
  • the determined time periods are then forwarded to the computing and storage unit of the microcomputer 25.
  • the determined periods are then evaluated to determine whether the ignition process is proceeding properly.
  • the threshold values for example the first, second and third threshold values
  • conclusions can be drawn from the determined length of the time periods, for example from the length of the switch-on time, about the type of fault that has occurred in the ignition circuit.
  • the types of errors can then be stored cylinder-specifically in a memory and / or on the instruments of the
  • step 70 a determined time difference is assigned to a specific event of a specific cylinder of the internal combustion engine.
  • step 75 it is checked whether the respective Time difference lies in a certain setpoint interval, or whether it is greater or smaller than the maximum or minimum of the setpoint interval or whether the respective time difference could be determined at all. An evaluation and any reactions to the evaluation are then carried out in step 80. If the respective time difference lies in the determined target value interval, the ignition process is rated as OK. If the respective time difference is not within the specific setpoint interval, then depending on whether the time difference is above or below the setpoint interval or whether the time difference cannot be determined, certain errors that occur are concluded.
  • Error-specific emergency measures can also be initiated. These measures can be taken in cooperation with other functions of the internal combustion engine. Furthermore, it is possible to use further parameters of the internal combustion engine for fault evaluation in order to achieve more accurate and reliable statements about the faults present in the ignition circuit. The process is then continued with a further, subsequent time difference.
  • the setpoint intervals can be determined both on the basis of model calculations as a function of internal combustion engine parameters, preferably based on the battery voltage, and stored in the memory unit of the microcomputer, where they are selected as a function of the internal combustion engine parameters for the respective evaluation to be carried out.
  • the setpoint intervals can also be stored in the storage unit in the application.
  • the ratio of the measured time difference to the measured time difference of the previous combustion process of the same cylinder can be formed. This ratio must be around 1 in a specific, fixed range. It is advantageous here that changes which are due to a change in the battery voltage or the temperature are negligible in the short periods between two ignition processes of the same cylinder.
  • a preferred exemplary embodiment, which is shown in FIG. 7, shows the evaluation of the switch-on time.
  • step 85 a comparison is made as to whether the switch-on time lies within a specific first threshold value interval. If so, the process continues on path 90 without intervention in the peripheral unit with the subsequently determined time difference. If the switch-on time is above the maximum of the first setpoint interval, the method proceeds to step 91. In step 91 it is recognized that a high-resistance ignition circuit is present. In the following step 93, resulting emergency measures are initiated, the error for the corresponding cylinder is stored in the memory of the microcomputer 25 and / or warnings are output on the display elements of the internal combustion engine.
  • step 87 Is the switch-on time below the minimum of the first setpoint interval, it is then recognized in step 87 that there is a short circuit to the battery voltage or a turn short in the ignition circuit.
  • step 89 analogous to step 93, reactions to the present error are initiated in an error-specific manner.
  • Components destroyed preferably include a shortening of the charging process by the microcomputer 25 or an immediate shutdown of the ignition coil 8 or a reduction in the speed of the internal combustion engine or a restriction in the filling of the associated combustion chamber
  • Direct petrol injection internal combustion engine can be switched from stratified operation to homogeneous operation or the boost pressure can be reduced in an internal combustion engine with a turbocharger.
  • step 101 it is checked whether the charging time is within a second setpoint interval. Analogously to FIG. 7, path 90, the method is then continued with the next time difference. If so, the method goes to path 103 and the ignition is judged to be correct. If the charging time is less than a minimum of the second setpoint interval, the method proceeds to step 105, in which it is determined that there is a loose contact or an overtemperature shutdown.
  • step 107 reactions to the respective error are carried out analogously to step 93. If the measured charging time is greater than the maximum of the second setpoint interval, the method proceeds to step 109, in which it is determined that there is an error in the time-processing unit. In step 111, which is subsequently carried out, reactions are taken analogously to method step 93.
  • an ignition ie the presence of a high voltage and a spark jump between the two electrodes of the spark plug, can also be triggered by the microcomputer by turning on the controllable switch 5.
  • FIG. 9 describes a further preferred exemplary embodiment of a method for evaluating the ignition time.
  • step 112 it is checked whether the rise time is below a third setpoint. If so, the process moves to step
  • Procedure with the next time difference is continued.
  • the ignition is then assessed as correct. If no rise time and no ignition time are detected, then the method proceeds to step 117, in which it is determined that the high voltage then has not reached the second threshold value and a certain energy for the ignition spark could therefore not be provided.
  • step 121 reactions to the error are carried out analogously to step 93. If the measured ignition time is greater than the fourth setpoint, then this happens
  • step 123 Procedure to step 123, in which it is determined that the voltage has decayed and therefore no ignition has taken place.
  • step 125 carried out subsequently, reactions to the error are initiated analogously to method step 93. If the rise time is greater than a third setpoint, the subsequently determined charging time is not used to diagnose the ignition process and the method is continued on path 126 with the analysis of the next determined time difference.
  • the exemplary embodiments described so far relate to an inductive ignition system, an analog device and an analog method can also be used in the case of a capacitive ignition system.
  • the exemplary embodiments shown are also based on measured variables of the primary circuit, such as primary current and Primary voltage related, an analog device and an analog method for igniting an internal combustion engine can also be described on the basis of measured variables of the secondary circuit.
  • the invention relates to a device and a method for igniting an internal combustion engine, wherein the ignition process can be diagnosed with little circuitry outlay and the diagnosis allows detailed statements about possible sources of error.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zündung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung eine Zentralsteuereinheit und Peripherieeinheiten aufweist, die jeweils einem Zylinder zugeordnet sind, wobei von der Zentralsteuereinheit digitale Steuersignale an die Peripherieeinheiten ausgesendet werden, durch die die Peripherieeinheiten zur Zündung des jeweiligen Zylinders veranlasst werden, wobei von den Periphereieeinheiten Messwerte über Zustände in den Peripherieeinheiten ermittelt und in Abhängigkeit von den Messwerten digitale Diagnosesignale an die Zentraleinheit gesendet werden, wobei von der Zentralsteuereinheit zur Auswertung der Diagnosesignale mindestens eine Zeitdifferenz zwischen den Steuersignalen und den Diagnosesignalen ermittelt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Zündung einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Zündung einer Brennkraftmaschine nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Aus der EP-PS 0 344 394 sind bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zündung einer Brennkraftmaschine bekannt, die den Primärspannungsverlauf einer Zündspule als Funktion der Zeit mittels einer Schaltung auswerten, wobei die Vorrichtung einen zusätzlichen Baustein erforderlich macht. Anhand eines
Vergleichs mit einem Referenz-Primärspannungsverlauf kann der Fall festgestellt werden, bei dem die Primärspannungs- Amplitude vor Ablauf einer festgelegten Zeit unter eine festgelegte Amplitude sinkt. Dieser Fall wird als Fehlzündung gedeutet.
In der DE-OS 41 40 147 wird beschrieben, daß der Verlauf der Sekundärspannung bzw. die auf die Primärseite transformierte Brennspannung mittels eines Sensors erfaßt wird und bei korrekter Zündung das an einer Diagnoseleitung anliegende
Signal von 1 auf 0 (oder alternativ von 0 auf 1) geschaltet wird. Es ist somit eine zylinderselektive Erfassung von fehlerhaften Zündungen möglich. Die EP-OS 0 020 069 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung, bei der der Primärspannungsverlauf derart überwacht wird, daß die Zeitdifferenz, während dessen die Primärspannung einen bestimmten, vorgegebenen Wert übersteigt, mit einer vorgegebenen Zeitdifferenz verglichen wird. Bleibt die Primärspannung oberhalb des vorgegebenen Werts während einer längeren Zeitdifferenz, verglichen mit der vorgegebenen Zeitdifferenz, wird eine fehlerhafte Zündung erkannt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüchen haben dem gegenüber den Vorteil, daß der Verlauf von Größen des Primärkreises oder des Sekundärkreises unter Anwendung von Schwellwerten überwacht wird. Bei Über- bzw. Unterschreitung der vorgegebenen Schwellwerte wird in einer digitalen Diagnoseleitung eine Flanke erzeugt, die in einem Mikroprozessor ausgewertet wird. Die mittels der
Diagnoseleitung übermittelten Flanken erlauben eine Auswertung von Zeiträumen, in denen bestimmte Zündungszustände vorliegen. Diese Auswertung führt bei geeigneter Wahl der Schwellwerte zur Unterscheidung verschiedener Ursachen von Fehlzündungen, was ein Auffinden und eine Beseitigung dieser Ursachen erleichtert. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die schaltungstechnische Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung so einfach ist, daß ein zusätzlicher Baustein zur Zündungsdiagnose nicht vorgesehen werden muß. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtung bzw. des Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß sowohl die Diagnosesignale verschiedener Größen wie Primärstrom und Primärspannung als auch die Diagnosesignale mehrerer Zylinder über eine Sammel -Diagnoseleitung unter Beachtung der zeitlichen Reihenfolge, verknüpft über einen Verknüpfungs-Baustein oder eine Open-Kollektor-Schaltung geführt werden können.
Ebenso ist es vorteilhaft, die Zeitzähleinheit und ein Teil der Recheneinheit des Mikrocomputers in einer zeitverarbeitenden Einheit unterzubringen, die separat vom Mikrocomputer angeordnet ist und mit ihm verbunden ist, da die von der zeitverarbeitenden Einheit durchzuführenden Vergleiche von Signalen mit einem fortlaufenden Zeitzähler die Kapazität des Mikrocomputers so nicht belastet.
Von Vorteil erweist sich weiterhin, zu untersuchen, ob die gemessenen Zeiträume innerhalb von Sollwertintervallen liegen, da die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine gewissen Schwankungen unterliegen, die auch bei korrekter Zündung die Sollwerte innerhalb gewisser Grenzen schwanken lassen. Dabei ist es vorteilhaft, die Grenzen der
Sollwertintervalle anhand von Modellannahmen in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine zu ermitteln und in der Speichereinheit des Mikrocomputers abzulegen. Diese Ablage kann auch während der Applikation erfolgen. Die Sollwertintervalle werden dann abhängig von den entsprechenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aus der Speichereinheit für den jeweilig durchzuführenden Vergleich ausgelesen. Besonders vorteilhaft erweist sich als Betriebsparameter die Batteriespannung zu wählen. Eine weitere vorteilhafte Verbesserung wird erreicht, in dem anhand statistischer Verfahren während der Laufzeit der Brennkraftmaschine anhand der gemessenen Zeitdifferenz-Werte die jeweiligen Sollwertintervalle ermittelt werden. Für bestimmte Anwendungen erweist es sich außerdem als vorteilhaft, die gemessene Zeitdifferenz mit einem Sollwert zu vergleichen. Als besonders vorteilhaft wird dabei die Bildung eines Verhältnisses der gemessenen Zeitdifferenz mit der entsprechenden Zeitdifferenz des vorangegangenen Verbrennungsvorgangs des selben Zylinders vorzunehmen. Das Verhältnis wird dann auf die Abweichung von 1 überprüft. Temperatur- und Batteriespannungsschwankungen wirken sich auf das Verhältnis durch den geringen zeitlichen Abstand zwischen zwei Verbrennungsvorgängen kaum aus. Vorteilhaft bei der Auswertung der Zeiträume ist außerdem, daß anhand des Ansteuersignais die Zeiträume zylinderspezifisch unterschieden werden können und so eine zylinderspezifische Fehleranalyse vorgenommen werden kann. Demnach kann in vorteilhafter Weise der Fehler mit einem Bezug auf den jeweiligen Zylinder in der Speichereinheit des Mikrocomputers gespeichert, auf einer Anzeigeeinheit ausgegeben oder zylinderspezifische Notmaßnahmen ergriffen werden.
Es erweist sich weiterhin als vorteilhaft, daß bei Überschreitung eines bestimmten, vorgegebenen ersten Schwellwertes eines Primärstromes eine erste Flanke, die sogenannte erste Ladeflanke, und bei einer Ausschaltflanke im Ansteuersignal eine zweite Flanke, die sogenannte zweite Ladeflanke, in der zugehörigen Diagnoseleitung erzeugt wird. Weiterhin kann es von Vorteil sein, auch dann eine zweite Flanke, die sogenannte zweite ÜTA-Flanke, in der zugehörigen Diagnoseleitung zu erzeugen, wenn eine Übertemperaturabschaltung des steuerbaren Schalters detektiert wird. Somit ergibt sich in vorteilhaf er Weise die Möglichkeit, als Zeitdifferenz zwischen einer Einschaltflanke im Ansteuersignal des jeweiligen Zylinders und der ersten Ladeflanke die Einschaltzeit zu ermitteln und zu überprüfen, ob die Einschaltzeit innerhalb eines ersten Sollwertintervalls liegt. Bei geeigneter Wahl des ersten
Schwellwertes kann ermittelt werden, ob ein Kurzschluß zur Batteriespannung oder ein Windungskurzschluß in der Zündspule vorliegt. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Zeit zwischen der ersten Ladeflanke und der zweiten Ladeflanke als Ladezeit ermittelt und überprüft wird, ob die Ladezeit innerhalb eines zweiten Sollwertintervalls liegt. In vorteilhafter Weise kann daraus erkannt werden, ob ein Wackelkontakt in der Peripherieeinheit oder ein Fehler im Mikrocomputer oder der zeitverarbeitenden Einheit vorliegt. Als vorteilhaft erweist sich weiterhin, beim Aufteten einer zweiten ÜTA-Flanke vor der zweiten Ladeflanke die Zeitdifferenz zwischen erster Ladeflanke und zweiter ÜTA- Flanke als Ladezeit zu erkennen. Dies ist vorteilhaft, da dann ebenfalls über die Diagnoseleitung das Auftreten einer Übertemperatur-Abschaltung detektiert werden kann.
Ebenso erweist sich als vorteilhaft, dann eine erste Flanke, die sogenannte erste Spannungsflanke, in der Diagnoseleitung zu erzeugen, wenn die Primärspannung einen zweiten Schwellwert überschreitet, und eine zweite Flanke, die sogenannte zweite Spannungsflanke zu erzeugen, wenn die Primärspannung einen dritten Schwellwert unterschreitet. Vorteilhaft ist es, aus der Zeitdifferenz zwischen Ausschaltflanke des Ansteuersignais und erster Spannungsflanke eine Anstiegszeit zu ermitteln. In ebenso vorteilhafter Weise kann aus der Zeitdifferenz zwischen Ausschaltflanke des Ansteuersignais und erster
Spannungsflanke eine Anstiegszeit und erster Spannungsflanke und zweiter Spannungsflanke eine Zündzeit bestimmt werden, wobei dann, wenn die ermittelte Anstiegszeit einen dritten Sollwert unterschreitet und die Zündzeit einen vierten Sollwert überschreitet, eine Zündung als nicht erfolgt bewertet werden kann.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Figur 2 den zeitlichen Verlauf eines Ansteuerungssignals , eines Primärstroms, einer Primärspannung, eines Strom- Diagnosesignals und zweier Beispiele für ein Spannungs- Diagnosesignal (schematisch) ,
Figur 3 den zeitlichen Verlauf eines Ansteuerungssignals, eines Primärstroms, einer Primärspannung und zweier Ausführungsbeispiele eines Strom- /Spannungs-Diagnosesignals
(schematisch) ,
Figur 4 den zeitlichen Verlauf eines Ansteuerungssignals, eines Primärstroms, einer Primärspannung, eines Strom- Diagnosesignals und zweier Ausführungsbeispiele eines Spannungs-Diagnosesignals bei Übertemperaturabschaltung
(schematisch) , Figur 5 den zeitlichen Verlauf eines Ansteuerungssignals, eines Primärstroms, einer Primärspannung und zweier Ausführungsbeispiele eines Strom-/Spannungs-Diagnosesignals bei Übertemperaturabschaltung (schematisch) , Figur 6 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens (schematisch) ,
Figur 7 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Betrachtung einer Einschaltzeit (schematisch) , Figur 8 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Betrachtung einer Ladezeit (schematisch) und
Figur 9 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Betrachtung einer Zündzeit (schematisch) .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur la ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zündung einer Brennkraftmaschine gezeigt. Schematisch dargestellt ist eine Peripherieeinheit 2 für einen Zylinder der Brennkraftmaschine mit einer Zündendstufe 3, einer Zündspule 8, die eine Primärwicklung 10 und eine
Sekundärwicklung 15 aufweist, und einer Zündkerze 20. Das erste Ende der Sekundärwicklung 15 liegt dabei in Reihe mit der ersten Elektrode der Zündkerze 20. Die zweite Elektrode der Zündkerze 20 und das zweite Ende der Sekundärwicklung 15 sind mit der Motormasse verbunden. Den wesentlichen Bestandteil der Zündendstufe 3 stellt der steuerbare Schalter 5 dar, der vorzugsweise als Leistungstransistor ausgebildet ist . Der Kollektor des Leistungstransistors liegt in Reihe mit dem ersten Ende der Primärwicklung 10 der Zündspule 8, während der Emitter des steuerbaren Schalters 5 mit der Masse verbunden ist. Das zweite Ende der Primärwicklung liegt in Reihe mit der Spannungsquelle Ubat . Weiterhin weist die Vorrichtung zur Zündung einer Brennkraftmaschine in Figur la einen Mikrocomputer 25, der Teil einer Zentralsteuereinheit ist, auf, der eine Speichereinheit, eine Recheneinheit und eine Zeitzähleinheit enthält. Der Mikrocomputer 25 ist über eine Signalleitung 30 mit dem steuerbaren Eingang des steuerbaren Schalters 5 jeder Peripherieeinheit 2 verbunden. Über die Signalleitung werden digitale Steuersignale an die Peripherieeinheiten ausgesendet, durch die die jeweilige Peripherieeinheit eine Zündung veranlaßt. Weiterhin ist der Mikrocomputer 25 über eine Diagnoseleitung 35 mit der Zündendstufe 3 der Peripherieeinheit 2 verbunden. Über die Diagnoseleitung werden digitale Diagnosesignale von den Peripherieeinheiten zur Zentralsteuereinheit gesendet. Die Zeitzähleinheit des Mikrocomputers 25 kann auch in einer separaten vom
Mikrocomputer arbeitenden zeitverarbeitenden Einheit (TPU) enhalten sein, die eine zusätzliche Recheneinheit aufweist. Die zeitverarbeitende Einheit ist dabei ebenfalls Teil der Zentralsteuereinheit. In diesem Fall ist (sind) die Diagnoseleitung (en) 35 mit der zeitverarbeitenden Einheit verbunden, wobei dann die zeitverarbeitende Einheit wiederum über eine Datenleitung oder Datenleitungen mit dem Mikrocomputer verbunden ist. Die zeitverarbeitende Einheit ist weiterhin mit der Signalleitung oder den Signalleitungen verbunden.
Einem weiteren Ausführungsbeispiel , das in Figur lb dargestellt ist, kann entnommen werden, daß jedem Zylinder eine Peripherieeinheit 2 zugeordnet ist. In der Figur lb sind die Peripherieeinheiten 2 für den 1. Zylinder, den 2. Zylinder und den n-ten Zylinder dargestellt. Dies kann den Bezeichnungen (1., 2., n) in den die jeweilige Peripherieeinheit 2 darstellenden Rechtecken entnommen werden. Jede Peripherieeinheit 2 ist dabei mit dem Mikrocomputer 25 über eine Signalleitung 30 verbunden, wobei die Signalleitung 30 innerhalb jeder Peripherieeinheit 2 zum steuerbaren Schalter 5 führt, wie dies anhand von Figur la dargestellt wurde. Jede Peripherieeinheit ist außerdem mit einer Diagnoseleitung 35 verbunden, wobei in diesem Ausführungsbeispiel eine bestimmte, festgelegte Anzahl von Diagnoseleitungen mit einem Verknüpfungs-Baustein verbunden sind. Dabei können entweder alle Diagnoseleitungen der Peripherieeinheiten aller Zylinder mit einem einzigen Verknüpfungs-Baustein oder jeweils eine bestimmte, festgelegte Anzahl von Diagnoseleitungen mit einem Verknüpfungs-Baustein verbunden sein, wobei in diesem Fall mehrere derartige Verknüpfungs-Bausteine vorhanden sind. Der Verknüpfungs-Baustein oder die Verknüpfungs-Bausteine können separate Bausteine darstellen, oder in den Mikrocomputer 25, die zeitverarbeitende Einheit oder in eine oder mehrere Zündendstufen 3 integriert sein.
In Figur lc ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Signale der Zündendstufen 3 der verschiedenen Zylinder über Diagnoseleitungen 35 mittels sogenannter Open-Kollector-Schaltungen 36 verknüpft werden können. Es können so die Signale mehrerer Diagnoseleitungen 35 zu dem Signal einer Sammel -Diagnoseleitung 37 verknüpft werden, wobei entweder die Signale aller oder Gruppen von vorzugsweise zwei, drei oder vier Diagnoseleitungen 35 zu einer Sammel -Diagnoseleitung 37 zusammengefaßt werden können. Jede Diagnoseleitung 35 eines (in der Zeichnung lc von oben nach unten aufgereiht) 1. Zylinders, 2. Zylinders und n-ten Zylinders wird zur Basis eines steuerbaren Schaltelements 38 der Open-Kollektor-Schaltung 36 geführt, wobei das steuerbare Schaltelement vorzugsweise als Transistor ausgeführt ist. Der Emitter jedes steuerbaren Schaltelements 38 ist mit der Masse verbunden. Die Kollektoren der steuerbaren Schaltelemente 38 jeder Gruppe sind parallel zueinander verschaltet und liegen in Reihe mit einem Pull-up-Widerstand an der Batteriespannung. Die Kollektoren der steuerbaren Schaltelemente sind ebenfalls über die Sammel -Diagnoseleitung 37 mit dem Mikrocomputer 25 oder der zeitverarbeitend Einheit verbunden.
In Figur ld ist die Zündendstufe 3 eines Zylinders noch einmal detaillierter dargestellt. Außer dem schon beschriebenen steuerbaren Schalter 5, der mit der Signalleitung 30 und der Primärwicklung 10 sowie der
Motormasse verbunden ist, sind weiterhin mindestens ein Komparator, vorzugsweise ein erster Komparator 45, ein zweiter Komparator 50 und ein dritter Komparator 55, mindestens ein Sensor, vorzugsweise ein erster Sensor 60 sowie ein flankenbildendes Element 65 Bestandteil der
Zündendstufe 3. Der Ausgang des flankenbildenden Elements ist mit der Diagnoseleitung 35 verbunden, während die Ausgänge der Komparatoren 45,50,55 und eine Verbindungsleitung 67 zur Signalleitung 30 mit den Eingängen des flankenbildenden Elements verbunden sind. Innerhalb des flankenbildenden Elements können die von dem ersten, zweiten und dritten Komparator und dem Sensor sowie der Signalleitung herrührenden Leitungen, die mit Flanken beaufschlagt sind, ebenfalls über einen Verknüpfungs- Baustein oder eine Open-Collector-Schaltung zur Diagnoseleitung 35 verknüpft sein. Die Wirkungsweise der in Figur 1 beschriebenen Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zündung einer Brennkraftmaschine soll anhand der Figuren 2 bis 5 erläutert werden. In den Figuren 2 bis 5 ist in Richtung der Abszisse die Zeit aufgetragen. Dies ist jeweils anhand des oben gezeichneten Zeitstrahls dargestellt. In Figur 2a ist das Signal aufgetragen, das über die Signalleitung 30 vom Mikrocomputer auf den steuerbaren Schalter 5 der Zündendstufe 3 eines Zylinders übertragen wird. Zu einem ersten Zeitpunkt Tl wird der steuerbare Schalter 5 durch das Signal der Signalleitung 30, einer sogenannten Einschaltflanke, eingeschaltet und es fließt ein Primärstrom von der Spannungsquelle Uj-^- über die Primärwicklung 10, den steuerbaren Schalter 5 zur Motormasse. Der Verlauf des Primärstroms I ist in Figur 2b dargestellt. Der Figur 2b ist zu entnehmen, daß der Primärstrom I kontinuierlich mit der Zeit ansteigt. Dabei wird zu einem dritten Zeitpunkt T3 eine bestimmter, vorgegebener erster Schwellwert II überschritten. Zu einem zweiten Zeitpunkt T2 wird durch eine Flanke im Signal der Signalleitung 30, der sogenannten Ausschaltflanke, der steuerbare Schalter 5 gesperrt und somit in der Sekundärwicklung 15 der Zündspule 8 eine Hochspannung erzeugt, die dann an der Zündkerze 20 das Entstehen eines Zündfunkens bewirkt. Der Vorgang zwischen erstem Zeitpunkt Tl und zweitem Zeitpunkt T2 , während dessen der steuerbare Schalter durchgeschaltet ist, wird als Ladevorgang bezeichnet. Der Primärstrom I fällt nach dem zweiten Zeitpunkt T2 rasch auf Null ab. Die auf der Primärseite anliegende Primärspannung U ist in Figur 2c als Funktion der Zeit aufgetragen. Die Primärspannung U wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zündung einer Brennkraftmaschine von einem Punkt zwischen dem steuerbaren Schalter 5 und der Primärwicklung 10 gegen Masse gemessen. Vor dem ersten Zeitpunkt Tl liegt die Primärspannung bei der von der Spannungsquelle vorgegebenen Batteriespannung Ub^ - Ab dem ersten Zeitpunkt Tl, bei dem der steuerbare Schalter 5 geöffnet wird, sinkt die Primärspannung auf die
Sättigungsspannung. Nach dem zweiten Zeitpunkt T2 wird, nachdem eine Hochspannung in der Sekundärwicklung 15 induziert wurde, die Brennspannung, d.h. die Spannung, bei der der Funken an der Zündkerze brennt auf die Primärseite zurücktransformiert. Die Primärspannung hat dabei den in
Figur 2c schematisch dargestellten Verlauf. In einem kurzen Zeitraum nach dem zweiten Zeitpunkt T2 steigt die Primärspannung sehr stark an und fällt anschließend wieder sehr stark ab, bleibt jedoch während des Brennens des Zündfunkens auf einem hohen Niveau. Während des starken
Anstiegs der Primärspannung überschreitet die Primärspannung zu einem vierten Zeitpunkt einen bestimmten, fest vorgegebenen zweiten Schwellwert der Primärspannung Ul . Nach Erlöschen des Zündfunkens sinkt die Primärspannung wieder, bis sie die Batteriespannung erreicht. Während des Absinkens der Primärspannung passiert die Primärspannung einen bestimmten, fest vorgegebenen dritten Schwellwert. Dieser könnte sich beispielsweise bei einem Spannungswert U2 oder einem Spannungswert U3 (siehe Figur 2c) befinden. Wenn als dritter Schwellwert der Spannungswert U2 vorgegeben wird, dann sinkt die Primärspannung zu einem fünften Zeitpunkt T5 auf Spannungen unterhalb dieses dritten Schwellwerts U2. Wird demgegenüber die niedrigere Spannung U3 als dritter Schwellwert vorgegeben, dann sinkt die Primärspannung zu einem sechsten Zeitpunkt T6 auf Spannungen unterhalb dieses dritten Schwellwerts U3. Nun soll die Entstehung des Diagnosesignals erläutert werden, das in der Diagnoseleitung 35 oder der Sammel- Diagnoseleitung 37 zum Mikrocomputer 25 bzw. zur zeitverarbeitenden Einheit gelangt. Wie anhand von Figur ld dargestellt und oben beschrieben, weist die Zündendstufe 3 mindestens einen Komparator 45,50,55 und/oder Sensor 60 und ein signalbildendes Element, vorzugsweise ein flankenbildendes Element 65 auf. Mittels des Komparators können Größen der Zündstromkreise, vorzugsweise Primärstrom und Primärspannung, mit Schwellwerten verglichen werden.
Ändert sich eine Größe der Zündstromkreise derart, daß ein bestimmter, fest vorgegebener Schwellwert über- bzw. unterschritten wird, so erzeugt das mit dem Komparator verbundene signalbildende Element ein Diagnosesignal, vorzugsweise erzeugt das flankenbildende Element eine erste oder eine zweite Flanke, die dann über die Diagnoseleitung 35 ausgegeben wird. Die Zuordnung, welche der beiden Flanken erzeugt wird und bei welchem Ereignis (Über- oder Unterschreiten des Schwellwertes) geschieht innerhalb des flankenbildenden Elements, kann aber auch appliziert werden. Das flankenbildende Element kann auch eine Verbindung 67 zur Signalleitung 30 besitzen. So können ebenfalls erste oder zweite Flanken gebildet werden, wenn die Ein- oder Ausschaltflanke den steuerbaren Schalter erreicht. Ebenfalls kann mittels eines oder mehrerer Sensoren 60 ein bestimmter, fest vorgegebener Zustand der Zündenstufe detektiert werden. Vorzugsweise kann festgestellt werden, ob Bauteile der Zündendstufe so hohe Temperaturen aufweisen, daß sie abgeschaltet werden müssen, d.h. eine sogenannte Übertemperaturabschaltung vorgenommen werden muß. Wenn ein bestimmter Zustand detektiert wird, kann das flankenbildende Element ebenfalls eine erste oder eine zweite Flanke erzeugen und an die Diagnoseleitung ausgeben. Eine erste Flanke bedeutet dabei einen Sprung des Pegels von 0 auf 1
(positive Flanke) bzw. 1 auf 0 (negative Flanke) und eine zweite Flanke einen jeweils entgegengesetzten Sprung des Pegels, d.h. von 1 auf 0 (negative Flanke) bzw. von 0 auf 1
(positive Flanke) . Die von dem signalbildenden Element 65 gebildeten Diagnosesignale können auch andere digitale Signale als Flanken umfassen, die aber unter Berücksichtigung ihrer Form analog zu Flanken übermittelt und ausgewertet werden können. In den folgenden Ausführungen soll sich deshalb lediglich auf Flanken als spezielle Ausführungsform der Diagnosesignale bezogen werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vom Komparator 45 verglichen, ob der Primärstrom einen bestimmten, fest vorgegebenen ersten Schwellwert II überschreitet. Das flankenbildende Element 65 bildet dann eine erste Flanke, die sogenannte Ladeflanke, wenn der Primärstrom den ersten Schwellwert II überschreitet, also zu einem dritten Zeitpunkt T3 (siehe Figur 2b) . Das Signal, das an der Diagnoseleitung in diesem Fall anliegt, ist in Figur 2e dargestellt. Zum dritten Zeitpunkt T3 wird der Pegel von 1 auf 0 verändert. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird vom flankenbildenden Element dann eine zweite Flanke, die sogenannte zweite Ladeflanke, erzeugt, wenn nach Beginn des Ladevorgangs die Ausschaltflanke in der Signalleitung 30 anliegt. Diese Flanke liegt zu dem zweiten Zeitpunkt T2 an und bewirkt das Sperren des steuerbaren Schalters 5. Die zweite Ladeflanke zum zweiten Zeitpunkt T2 , die in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Pegeländerung von 0 auf 1 bedeutet, ist wiederum in Figur 2e dargestellt. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird vom Komparator 50 verglichen, ob die Primärspannung einen zweiten Schwellwert Ul überschreitet. Wird der zweite Schwellwert zu einem vierten Zeitpunkt T4 überschritten, erzeugt das flankenbildende Element 65 eine erste Flanke, die sogenannte erste Spannungsflanke, und gibt sie an die Diagnoseleitung 35 weiter. Die erste Spannungsflanke ist den Figuren 2f und 2g zu entnehmen. Sie stellt in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine negative Flanke dar. Eine zweite Flanke, die sogenannte zweite Spannungsflanke, wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als positive Flanke erzeugt, wenn vom Komparator 55 festgestellt wird, daß die Primärspannung einen dritten Schwellwert unterschreitet. Ein derartiger Schwellwert könnte ein zweiter Spannungswert U2 oder ein dritter Spannungswert U3 sein. In Figur 2f ist der Fall dargestellt, bei dem die zweite Spannungsflanke bei Unterschreiten eines zweiten Spannungswerts U2 erzeugt wird (bei einem fünften Zeitpunkt T5) und in Figur 2g ist der Fall dargestellt, bei dem die zweite Spannungsflanke bei Unterschreiten eines dritten Spannungswerts U3 gebildet wird. Durch die Wahl der Schwellwerte wird, wie der Vergleich von Figur 2f mit Figur 2e zeigt, eine unterschiedlich lange zeitliche Ausdehnung des Pegels 0 erreicht. Die Spannungswerte Ul , U2 und U3 können in einem Ausführungsbeispiel applizierbar gestaltet werden.
Figur 3 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Erzeugung der Flanken, bei dem Lade- und Spannungsflanken nacheinander erzeugt werden und an die gleiche Diagnoseleitung 35 ausgegeben werden. Die Figuren 3a bis 3c entsprechen den Figuren 2a bis 2c und werden deshalb nicht noch einmal erläutert. In Figur 3e ist das Signal der Diagnoseleitung 35 über der Zeit aufgetragen. Analog zu Figur 2e wird bei einem dritten Zeitpunkt T3 eine erste Ladeflanke und bei einem zweiten Zeitpunkt T2 eine zweite Ladeflanke erzeugt. Danach wird analog zu Figur 2f eine erste Spannungsflanke zu einem vierten Zeitpunkt und eine zweite Spannungsflanke zu einem fünften Zeitpunkt gebildet. Eine Aneinanderreihung der Signale ist dann möglich, wenn die Flankenpaare zu unterschiedlichen Ereignissen, wobei als Flankenpaar die jeweils zusammengehörenden erste und zweite Flanke bezeichnet wird, nacheinander in der zeitlichen Reihenfolge auftreten. In Figur 3f ist ein zu Figur 3e analoges Signal der Diagnoseleitung dargestellt, daß sich von dem Signal in Figur 3e lediglich darin unterscheidet, daß der dritte Schwellwert bei einem anderen Spannungswert liegt .
In Figur 4 sind die zeitlichen Abläufe der Signale für ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Figur 4a ist analog zu Figur 2a und wird deshalb nicht noch einmal erläutert. In Figur 4b ist der Primärstrom als Funktion der Zeit aufgetragen. Analog zu Figur 2b steigt ab einem ersten Zeitpunkt Tl der Primärstrom kontinuierlich an und überschreitet zu einem dritten Zeitpunkt einen ersten Schwellwert II. Bei einem siebten Zeitpunkt T7 wird eine Übertemperaturabschaltung von Bausteinen der Zündendstufe durchgeführt, da bestimmte Bausteine eine zu hohe Temperatur aufweisen. Der Primärstrom sinkt ab dem siebten Zeitpunkt T7 langsam ab und sinkt weiter nach Erreichen des zweiten Zeitpunkts T2 bis ein Primärstrom von Null erreicht ist. In Figur 4c ist der zugehörige zeitliche Verlauf der Primärspannung dargestellt . Der Verlauf gestaltet sich analog zu dem in Figur 2c dargestellten Verlauf bis zu dem siebten Zeitpunkt T7. Aufgrund der Übertemperaturabschaltung steigt dann die Primärspannung an und ein weiteres Mal nach dem zweiten Zeitpunkt T2. Der folgende Verlauf ist analog zu dem in Figur 2c dargestellten und wird deshalb nicht noch einmal erläutert. In Figur 4e ist gezeigt, wie sich der Signalverlauf der Diagnoseleitung gestaltet, wenn eine Flanke aufgrund der Übertemperaturabschaltung erzeugt wird. Analog zu Figur 2e wird zunächst eine erste Ladeflanke zu einem dritten Zeitpunkt T3 erzeugt. Zu dem siebten Zeitpunkt T7 findet dann die Übertemperaturabschaltung statt und wird vom Sensor 60 detektiert. Das flankenbildende Element 65 erzeugt daraufhin eine zweite Flanke, die sogenannte ÜTA- Flanke, wie der Figur 4e zu entnehmen ist. Da nun der Pegel der Diagnoseleitung schon bei 1 liegt, hat eine weitere zweite Flanke, speziell eine zweite Ladeflanke, die ohne Übertemperaturabschaltung zu dem zweiten Zeitpunkt T2 erzeugt wird, keine Wirkung auf den Pegel der Diagnoseleitung 35. Die in Figur 4f und 4g erzeugten Diagnosesignale entsprechen den Diagnosesignalen aus dem Primärspannungsverlauf, der bereits anhand der Figuren 2f und 2g erläutert wurde.
Der Verlauf der Signale eines weiteren Ausführungsbeispiels sind in Figur 5 aufgetragen. Der Verlauf des Ansteuersignais in Figur 5a, des Primärstroms in Figur 5b und der Primärspannung in Figur 5c entsprechen den in Figur 4a bis 4c aufgetragenen Verläufen und werden deshalb nicht noch einmal erläutert. In Figur 5e ist das Diagnosesignal als Funktion der Zeit aufgetragen. Zunächst wird bei dem dritten Zeitpunkt T3 eine erste Ladeflanke erzeugt und aufgrund der auftretenden Übertemperaturabschaltung wird zum siebten Zeitpunkt eine zweite ÜTA-Flanke erzeugt. Anschließend erfolgt analog zu Figur 3e die Bildung einer ersten und einer zweiten Spannungsflanke. Der Verlauf des Diagnosesignals in Figur 5f unterscheidet sich vom Verlauf des Diagnosesignals in Figur 5e nur dadurch, daß der dritte Schwellwert für die zweite Spannungsflanke bei einem anderen Spannungswert liegt.
Jedes der oben beschriebenen Diagnosesignale kann für die Peripherieeinheit jedes Zylinders erzeugt werden.
Die digitalen Diagnosesignale gelangen über die Diagnoseleitung 35 zum Mikrocomputer 25 oder der zeitverarbeitenden Einheit. Dabei geht, wie in Figur lb dargestellt, von der Peripherieeinheit 2 jedes Zylinders eine Diagnoseleitung 35 aus. Bei mehreren Zylindern können mehrere Diagnoseleitungen 35 mit dem Verknüpfungs-Baustein 40 verknüpft werden, deren Zündungsvorgang zeitlich weit genug voneinander entfernt liegt, so daß die Diagnosesignale der Zylinder getrennt werden können. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel können bis zu vier Diagnoseleitungen 35 von vier Zylindern mittels eines Verknüpfungs-Bausteins 40 zusammengefaßt werden. Wie bereits beschrieben, bildet der Ausgang des Verknüpfungs-Bausteins 40 eine Sammel - Diagnoseleitung 37, die das verknüpfte Diagnosesignal an den Mikrocomputer oder die zeitverarbeitende Einheit weitergibt. Der Verknüpfungs-Baustein 40 nimmt eine Verknüpfung der eingehenden Diagnosesignale in zeitlich richtiger Reihenfolge vor. Das bedeutet, daß dann ein Pegel 0 am Ausgang erzeugt wird, wenn mindestens einer der eingehenden
Diagnosesignale einen Pegel 0 aufweist. Nur dann, wenn die Pegel aller eingehenden Diagnoseleitungen eine 1 aufweisen, wird der Pegel am Ausgang des Verknüpfungs-Bausteins 40 auf 1 gesetzt. Die in dem Verknüpfungs-Baustein 40 enthaltene Logik ist davon abhängig, ob eine erste Flanke eine Pegeländerung von 0 auf 1 oder von 1 auf 0 bedeutet . Die hier dargestellte Variante umfaßt die Pegeländerung der ersten Flanke von 1 auf 0 (negative Flanke) . In dem anderen Fall, wenn die erste Flanke eine positive Flanke bedeutet, erfolgt die Verknüpfung mittels des Verknüpfungs-Bausteins 40 so, daß am Ausgang dann eine 1 erzeugt wird, wenn mindestens einer der Pegel der eingehenden Diagnosesignale eine 1 aufweist und wenn die Pegel aller eingehenden Diagnosesignale eine 0 aufweisen, eine 0 am Ausgang erzeugt wird.
Eine ähnliche Verknüpfung der Signale der Diagnoseleitungen einzelner Zylinder erfolgt auch über die Open-Kollektor- Verknüpfung, die in dem Ausführungsbeispiel Figur lc dargestellt ist. Hier wird genau dann in der Sammel- Diagnoseleitung 37 ein Pegel 0 erzeugt, wenn an mindestens einer Diagnoseleitung 35 ein Pegel 1 anliegt. Dann schaltet das steuerbare Schaltelement durch und es fließt ein Strom von Ubat zur Motormasse. Damit wird die Spannung am Kollektor Null. Liegen alle Pegel der Diagnoseleitungen 37 auf 0, dann befinden sich alle steuerbaren Schaltelemente 38 im sperrenden Zustand und der Pegel der Sammeldiagnose-
Leitung liegt auf 1. Mit diesem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zündung werden demnach die Flanken der Sammel -Diagnoseleitung entgegengesetzt zu den Flanken der Diagnoseleitungen sein, jedoch zeitlich die richtige Reihenfolge besitzen. D.h. aus einer positiven Flanke wird eine negative Flanke und aus einer negativen Flanke wird eine positive. Bei Berücksichtigung dieser Eigenschaft können weiterhin erste und zweite Flanken unterschieden werden.
Die Signale der Diagnoseleitung (en) 35 oder der Sammel- Diagnoseleitung (en) 37 gelangen anschließend entweder zum Mikrocomputer oder zur zeitverarbeitenden Einheit (TPU) , wenn eine solche vorhanden ist. Wie bereits erläutert, enthalten beide Einheiten eine Zeitzähleinheit. Durch Vergleich der Signale aus den Diagnoseleitungen 35 oder den Sammel -Diagnoseleitungen 37 und den Signalleitungen 30 mit der in der Zeitzähleinheit kontinuierlich weiterlaufenden Zeit können Zeiträume zwischen einzelnen Ereignissen, die mit Signalen auf den Leitungen verbunden sind, ermittelt werden. Dabei können beliebige Zeiträume zwischen Flanken auf Signal- und Diagnoseleitung, auch in Kombination der Flanken unterschiedlicher Leitungen, herangezogen werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Zeitdifferenz zwischen der Einschaltflanke und der ersten Ladeflanke, also zwischen dem ersten Zeitpunkt Tl und dem dritten Zeitpunkt T3 , ermittelt, wobei diese Zeitdifferenz als Einschaltzeit bezeichnet wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Zeitdifferenz zwischen erster und zweiter Ladeflanke (also zwischen T3 und T2) ermittelt. Diese Zeitdifferenz wird Ladezeit genannt. Bei Auftreten einer
Übertemperaturabschaltung kann die zweite Flanke, die das Ende der Ladezeit bestimmt, auch die ÜTA-Flanke darstellen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Zeitdifferenz zwischen Ausschaltflanke und erster Spannungsflanke (also zwischen T2 und T4) , die sogenannte Anstiegszeit und/oder die Zeitdifferenz zwischen erster und zweiter Spannungsflanke (also zwischen T4 und T5 oder T6) , die sogenannte Zündzeit, ermittelt. Diese Zeiträume können anhand des zugehörigen Ansteuersignais dem jeweiligen Zylinder zugeordnet werden und es kann auch unterschieden werden, ob die Zeitdifferenz zwischen zwei Flanken eines Flankenpaars zu der Ladezeit oder zu der Zündzeit gehört.
Bei einer der Ladezeit entsprechenden Zeitdifferenz ist zum Zeitpunkt des Auftretens der ersten Flanke der Ladevorgang noch nicht beendet, d.h. der zweite Zeitpunkt T2 , an dem mittels der Ausschaltflanke der steuerbare Schalter 5 gesperrt wird, ist noch nicht überschritten, während zu
Beginn der Zündzeit der zweite Zeitpunkt T2 des jeweiligen Zündvorgangs des jeweiligen Zylinders schon überschritten wurde. Die ermittelten Zeiträume werden anschließend zur Rechen- und Speichereinheit des Mikrocomputers 25 weitergeleitet.
Die ermittelten Zeiträume werden danach daraufhin bewertet, ob der Zündungsvorgang ordnungsgemäß abläuft . Durch eine geeignete Wahl der Schwellwerte, beispielsweise des ersten, zweiten und dritten Schwellwerts , können aus der ermittelten Länge der Zeiträume, beispielsweise aus der Länge der Einschaltzeit, Schlußfolgerungen über die Art des im Zündkreis aufgetretenen Fehlers gezogen werden. Die Fehlerarten können dann zylinderspezifisch in einen Speicher abgelegt und/oder auf den Instrumenten der
Brennkraftmaschine angezeigt werden oder es können Notprogramme eingeleitet werden. Ein derartiges erfindungsgemäßes Verfahren ist in Figur 6 schematisch dargestellt. In Schritt 70 wird eine ermittelte Zeitdifferenz einem bestimmten Ereignis eines bestimmten Zylinders der Brennkraft aschine zugeordnet. In dem darauffolgenden Schritt 75 wird geprüft, ob die jeweilige Zeitdifferenz in einem bestimmten Sollwertintervall liegt, oder ob er größer bzw. kleiner als das Maximum bzw. Minimum des Sollwertintervalls ist oder ob die jeweilige Zeitdifferenz überhaupt ermittelt werden konnte. Danach wird im Schritt 80 eine Bewertung sowie evtl. Reaktionen auf die Bewertung durchgeführt. Liegt die jeweilige Zeitdifferenz in dem bestimmten Sollwertintervall, dann wird der Zündungsvorgang als in Ordnung bewertet. Liegt die jeweilige Zeitdifferenz nicht in dem bestimmten Sollwertintervall, dann wird, je nachdem ob die Zeitdifferenz oberhalb oder unterhalb des Sollwertintervalls liegt oder ob die Zeitdifferenz gar nicht ermittelt werden kann, auf bestimmte auftretende Fehler geschlossen. Diese Fehler können dabei im Speicher des Mikrocomputers abgespeichert werden oder als Warnung auf den Anzeigeelementen ausgegeben werden. Es können auch fehlerspezifische Notmaßnahmen eingeleitet werden. Diese Maßnahmen können in Zusammenarbeit mit anderen Funktionen der Brennkraftmaschine ergriffen werden. Weiterhin ist es möglich, zur Fehlerauswertung weitere Kenngrößen der Brennkraftmaschine heranzuziehen, um genauere und sichere Aussagen über die vorliegenden Fehler im Zündkreis zu erreichen. Danach wird das Verfahren mit einer weiteren, darauffolgenden Zeitdifferenz fortgeführt. Die Sollwertintervalle können sowohl anhand von Modellrechnungen als Funktion von Brennkraftmaschinenparametern, vorzugsweise bezogen auf die Batteriespannung, ermittelt werden und in der Speichereinheit des Mikrocomputers abgelegt sein, wo sie in Abhängigkeit der Brennkraftmaschinenparameter für die jeweilige vorzunehmende Bewertung ausgewählt werden. Das Ablegen der Sollwertintervalle in die Speichereinheit kann dabei auch in der Applikation erfolgen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, Sollwertintervalle während der Laufzeit der Brennkraftmaschine aus den aktuellen Meßwerten zu ermitteln und mittels einer Statistik festzustellen, welche Meßwerte zu dem jeweiligen Sollwertintervall gehören. Es ist ebenfalls möglich, die gemessenen Zeitdifferenz mit einem Sollwert zu vergleichen und festzustellen, ob der gemessene Wert oberhalb oder unterhalb des Sollwerts liegt. In einer besonderen Ausführungsform kann das Verhältnis aus der gemessenen Zeitdifferenz mit der gemessenen Zeitdifferenz des vorangegangenen Verbrennungsvorgangs des gleichen Zylinders gebildet werden. Dieses Verhältnis muß in einem bestimmten, fest vorgegebenen Bereich um 1 liegen. Vorteilhaft ist hier, daß Änderungen, die auf eine Änderung der Batteriespannung oder der Temperatur zurückzuführen sind, in den kurzen Zeiträumen zwischen zwei Zündvorgängen des gleichen Zylinders vernachlässigbar sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das in Figur 7 dargestellt wird, zeigt die Auswertung der Einschaltzeit. In Schritt 85 wird verglichen, ob die Einschaltzeit innerhalb eines bestimmten ersten Schwellwertintervalls liegt. Wenn ja, dann wird das Verfahren auf dem Pfad 90 ohne Eingriff in die Peripherieeinheit mit der darauffolgend bestimmten Zeitdifferenz fortgeführt. Wenn die Einschaltzeit oberhalb des Maximums des ersten Sollwertintervalls liegt, dann gelangt das Verfahren zu Schritt 91. In Schritt 91 wird erkannt, daß ein hochohmiger Zündkreis vorliegt. In dem folgenden Schritt 93 werden sich daraus ergebende Notmaßnahmen eingeleitet, der Fehler für den entsprechenden Zylinder im Speicher des Mikrocomputers 25 gespeichert und/oder Warnungen auf den Anzeigeelementen der Brennkraftmaschine ausgegeben. Liegt die Einschaltzeit unterhalb des Minimums des ersten Sollwertintervalls, dann wird in Schritt 87 erkannt, daß ein Kurzschluß zur Batteriespannung oder ein Windungsschluß im Zündkreis vorliegt. In Schritt 89 wird, analog zu Schritt 93 Reaktionen auf den vorliegenden Fehler fehlerspezifisch eingeleitet .
Notmaßnahmen, die bei einem derartigen Fehler ergriffen werden können und verhindern, daß eine zu hohe in der Vorrichtung zur Zündung erzeugten Verlustleistung die
Komponenten zerstört, umfassen vorzugsweise eine Verkürzung des Ladevorgangs durch den Mikrocomputer 25 oder eine sofortige Abschaltung der Zündspule 8 oder eine Verringerung der Drehzahl der Brennkraftmaschine oder eine Beschränkung der Füllung des zugehörigen Brennraums der
Brennkraftmaschine oder eine Zündung bei einem Zündwinkel, der bei frühest möglichen Winkeln gegenüber dem oberen Totpunkt liegt. Ebenso können bei speziellen Ausführungen der Brennkraftmaschinen vorzugsweise folgende Notmaßnahmen ergriffen werden. Vorzugsweise kann bei einer
Benzindirekteinspritzungs-Brennkraftmaschine von Schichtbetrieb auf Homogenbetrieb umgeschaltet werden oder bei einer Brennkraftmaschine mit Turbolader der Ladedruck abgesenkt werden.
Wenn gar keine Einschaltzeit gemessen wurde, dann gelangt das Verfahren zu Schritt 97, in dem festgestellt wird, daß ein Leitungsabfall oder ein Kurzschluß zur Masse vorliegt. In Schritt 99 werden zu Schritt 93 analoge Reaktionen auf die entsprechenden Fehler ergriffen. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Auswertung der Ladezeit ist in Figur 8 dargestellt. In Schritt 101 wird überprüft, ob die Ladezeit innerhalb eines zweiten Sollwertintervalls liegt. Analog zu Figur 7, Pfad 90, wird dann das Verfahren mit der nächsten Zeitdifferenz fortgesetzt. Ist dies der Fall, dann gelangt das Verfahren zu Pfad 103 und die Zündung wird als ordnungsgemäß bewertet. Bei einer Ladezeit, die kleiner als ein Minimum des zweiten Sollwertintervalls ist, gelangt das Verfahren zu Schritt 105, in dem festgestellt wird, daß ein Wackelkontakt oder eine Übertemperaturabschaltung vorliegt. Eine Übertemperaturabschaltung ist wahrscheinlicher, wenn innerhalb der Zeitdifferenz des jeweiligen Ladevorgangs des aktuellen Zylinders keine zweite Ladezeit mehr gemessen wird. In darauffolgenden Schritt 107 werden Reaktionen auf den jeweiligen Fehler analog zu Schritt 93 durchgeführt. Ist die gemessene Ladezeit größer als das Maximum des zweiten Sollwertintervalls, dann gelangt das Verfahren zu Schritt 109, in dem festgestellt wird, daß ein Fehler in der zeitverarbeitenden Einheit vorliegt. Im anschließend durchgeführten Schritt 111 werden Reaktionen analog zu Verfahrensschritt 93 ergriffen. Zusätzlich zu den in Schritt 93 ergriffenen Notmaßnahmen kann bei überschrittener Ladezeit auch eine Zündung, d.h. ein Anliegen einer Hochspannung und ein Überspringen eines Funkens zwischen den beiden Elektroden der Zündkerze, durch den Mikrocomputer ausgelöst werden, indem der steuerbare Schalter 5 durchgeschaltet wird.
In Figur 9 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Auswertung der Zündzeit beschrieben. In Schritt 112 wird überprüft, ob die Anstiegszeit unterhalb eines dritten Sollwerts liegt. Ist dies der Fall, gelangt das Verfahren zu Schritt
113, in dem untersucht wird, ob die Zündzeit kleiner als ein vierter Sollwert ist. Wenn dies der Fall ist, gelangt das Verfahren zu Pfad 115, bei dem analog zu Pfad 90, das
Verfahren mit der nächsten Zeitdifferenz fortgesetzt wird. Die Zündung wird dann als ordnungsgemäß bewertet . Wenn keine Anstiegszeit und keine Zündzeit detektiert wird, dann gelangt das Verfahren zu Schritt 117, in dem festgestellt wird, daß dann die Hochspannung den zweiten Schwellwert nicht erreicht hat und somit eine bestimmte Energie für den Zündfunken nicht bereitgestellt werden konnte. Im darauffolgenden Schritt 121 werden Reaktionen auf den Fehler analog zu Schritt 93 durchgeführt. Ist die gemessene Zündzeit größer als der vierte Sollwert, dann gelangt das
Verfahren zu Schritt 123, in dem festgestellt wird, daß ein Ausschwingen der Spannung erfolgt und somit keine Zündung stattgefunden hat. Im anschließend durchgeführten Schritt 125 werden Reaktionen auf den Fehler analog zu Verfahrensschritt 93 eingeleitet. Wenn die Anstiegszeit größer als ein dritter Sollwert ist, wird die anschließend ermittelte Ladezeit nicht zur Diagnose des Zündvorgangs herangezogen und das Verfahren wird auf Pfad 126 mit der Analyse der nächsten ermittelten Zeitdifferenz fortgesetzt.
Die bisher dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein induktives Zündsystem, eine analoge Vorrichtung und ein analoges Verfahren kann auch bei kapazitiven Zündsystem angewendet werden.
Ebenfalls sind die dargestellten Ausführungsbeispiele auf Meßgrößen des Primärkreises wie Primärstrom und Primärspannung bezogen, eine analoge Vorrichtung und ein analoges Verfahren zur Zündung einer Brennkraftmaschine kann auch anhand von Meßgrößen des Sekundärkreises beschrieben werden.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zündung einer Brennkraftmaschine, wobei der Zündungsvorgangs mit geringem schaltungstechnischen Aufwand diagnostiziert werden kann und die Diagnose detaillierte Aussagen über mögliche Fehlerquellen zuläßt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Zündung einer Brennkraftmaschine mit einer Zentralsteuereinheit und Peripherieeinheiten, die jeweils einem Zylinder zugeordnet sind, wobei von der Zentralsteuereinheit digitale Ansteuersignale an die Peripherieeinheiten aussendbar sind, durch die die Peripherieeinheiten zur Zündung des jeweiligen Zylinders veranlaßt werden, wobei von den Peripherieeinheiten Meßwerte über Zustände in den Peripherieeinheiten ermittelbar und in Abhängigkeit von den Meßwerten digitale Diagnosesignale an die Zentralsteuereinheit sendbar sind, wobei von der Zentralsteuereinheit zur Auswertung der Diagnosesignale mindestens eine Zeitdifferenz zwischen den Ansteuersignalen und den Diagnosesignalen ermittelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentralsteuereinheit zur Auswertung der
Diagnosesignale zusätzlich mindestens eine Zeitdifferenz zwischen den Diagnosesignalen ermittelbar ist .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentralsteuereinheit ein Vergleich zwischen der Zeitdifferenz oder den Zeitdifferenzen mit Sollwerten oder Sollwertintervallen durchführbar ist .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentralsteuereinheit aus dem Vergleich Fehler in der Zündvorrichtung feststellbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Fehler in einer Speichereinheit der Zentralsteuereinheit speicherbar und/oder auf einer Anzeigeeinheit ausgebbar und/oder fehlerspezifische Notmaßnahmen ergreifbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Peripherieeinheiten jeweils mindestens einen Komperator und/oder Sensor zur Ermittelung der Zustände der Peripherieeinheiten aufweisen, wobei mittels des Komparators die Unter- oder Überschreitung eines vorgebbaren Schwellwerts durch eine elektrische Größe der Peripherieeinheit feststellbar ist .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Peripherieeinheit einen ersten Komparator und/oder einen zweiten Komparator und/oder einen dritten Komparator und/oder einen Sensor aufweist, wobei mittels des ersten Komparators die Überschreitung eines vorgebbaren ersten Schwellwertes durch den Primärstrom feststellbar ist, wobei mittels des zweiten Komparators die Überschreitung eines vorgebbaren zweiten Schwellwerts durch die Primärspannung feststellbar ist, wobei mittels des dritten Komparators die Unterschreitung eines vorgebbaren dritten Schwellwerts durch die Primärspannung feststellbar ist, wobei mittels des Sensors die Überschreitung einer vorgebbaren Temperatur eines Elements der Peripherieeinheit ermittelbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und/oder der dritte Schwellwert applizierbar ist .
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Peripherieeinheit ein flankenbildendes Element aufweist, wobei mittels des flankenbildenden Elements die digitalen Diagnosesignale als positive oder negative Flanken darstellbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verknüpfungs- Baustein oder mindestens eine Open-Kollektor-Schaltung so angeordnet ist, daß die Diagnosesignale von einer Gruppe einer vorgebbaren Anzahl von Peripherieeinheiten zunächst einem Verknüpfungs-Baustein oder einer Open-Kollektor- Schaltung zuführbar und dort in zeitlich richtiger Reihenfolge miteinander zu einem Sammel -Diagnosesignalen verknüpfbar sind, wobei das Sammel -Diagnosesignal anschließend der Zentralsteuereinheit zuführbar ist.
11. Vorrichtung nach einem vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralsteuereinheit eine separate zeitverarbeitende Einheit aufweist, mittels der zur
Auswertung der Diagnosesignale mindestens eine Zeitdifferenz zwischen den Ansteuersignalen und den Diagnosesignalen und zwischen den Diagnosesignalen ermittelbar ist.
12. Verfahren zur Zündung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, wobei von der Zentralsteuereinheit digitale Steuersignale an die Peripherieeinheiten ausgesendet werden, durch die die Peripherieeinheiten zur Zündung des jeweiligen Zylinders veranlaßt werden, wobei von den Peripherieeinheiten Meßwerte über Zustände in den Peripherieeinheiten ermittelt und in Abhängigkeit von den Meßwerten digitale Diagnosesignale an die Zentraleinheit gesendet werden, wobei von der Zentralsteuereinheit zur Auswertung der Diagnosesignale mindestens eine Zeitdifferenz zwischen den Steuersignalen und den Diagnosesignalen ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentralsteuereinheit zur Auswertung der Diagnosesignale zusätzlich mindestens eine Zeitdifferenz zwischen den Diagnosesignalen ermittelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentralsteuereinheit ein Vergleich zwischen der Zeitdifferenz oder den Zeitdifferenzen mit Sollwerten oder Sollwertintervallen durchgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentralsteuereinheit aus dem Vergleich Fehler in der Zündvorrichtung festgestellt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Fehler in einer Speichereinheit der Zentralsteuereinheit gespeichert und/oder auf einer Anzeigeeinheit ausgegeben und/oder fehlerspezifische Notmaßnahmen ergriffen werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß durch jeweils mindestens einen in den Peripherieeinheiten vorhandenen Komperator und/oder einen Sensor Zustände der Peripherieeinheiten ermittelt werden, wobei mittels des Komparators die Unter- oder Überschreitung eines vorgebbaren Schwellwerts durch eine elektrische Größe der Peripherieeinheit festgestellt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß mittels des ersten Komparators die Überschreitung eines vorgebbaren ersten Schwellwertes durch den Primärstrom festgestellt wird, wobei mittels des zweiten Komparators die Überschreitung eines vorgebbaren zweiten Schwellwerts durch die Primärspannung festgestellt wird, wobei mittels des dritten Komparators die Unterschreitung eines vorgebbaren dritten Schwellwerts durch die Primärspannung festgestellt wird, wobei mittels des ersten Sensors die Überschreitung einer vorgebbaren Temperatur eines Elements der Peripherieeinheit festgestellt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellwert und/oder der dritte Schwellwert appliziert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Peripherieeinheit ein flankenbildendes Element aufweist, wobei mittels des flankenbildenden Elements die digitalen Diagnosesignale als positive oder negative Flanken erzeugt werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verknüpfungs-Baustein oder mindestens eine Open-Kollektor-Schaltung so angeordnet ist, daß die Diagnosesignale von einer Gruppe einer vorgebbaren Anzahl von Peripherieeinheiten zunächst einem Verknüpfungs-Baustein oder einer Open-Kollektor-Schaltung zugeführt und dort in zeitlich richtiger Reihenfolge miteinander zu einem Sammel -Diagnosesignalen verknüpft werden, wobei das Sammel-Diagnosesignal anschließend der Zentralsteuereinheit zugeführt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer separat von der Zentralsteuereinheit arbeitenden zeitverarbeitenden Einheit zur Auswertung der Diagnosesignale mindestens eine Zeitdifferenz zwischen den Ansteuersignalen und den Diagnosesignalen und/oder zwischen den Diagnosesignalen ermittelt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn mittels des ersten Komparators festgestellt wird, daß der Primärstrom einen ersten Schwellwert überschreitet, mittels des flankenbildenden Elements eine erste Flanke, die sogenannte erste Ladeflanke, als Diagnosesignal erzeugt wird und eine zweite Flanke, die sogenannte zweite Ladeflanke, als Diagnosesignal erzeugt wird, wenn die Peripherieeinheit eine Ausschaltflanke als Ansteuersignal erreicht.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Feststellung der Überschreitung einer vorgebbaren Temperatur eines Elements der
Peripherieeinheit mittels des ersten Sensors eine zweite Flanke, die sogenannte zweite ÜTA-Flanke als Diagnosesignal mittels des flankenbildenden Elements erzeugt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn mittels des zweiten
Komparators festgestellt wurde, daß die Primarspannung einen zweiten Schwellwert (Ul) überschreitet, mittels des flankenbildenden Elements eine erste Flanke, die sogenannte erste Spannungsflanke, als Diagnosesignal erzeugt wird und dann, wenn mittels des dritten Komparators festgestellt wurde, daß die Primärspannung einen dritten Schwellwert (U2,U3) unterschreitet, mittels des flankenbildenden Elements eine zweite Flanke, die sogenannte zweite Spannungsflanke, als Diagnosesignal erzeugt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenz oder die Zeitdifferenzen mit der jeweiligen Zeitdifferenz des vorherigen Verbrennungsvorgangs des gleichen Zylinders als Sollwert verglichen wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen der Sollwertintervalle mittels Modellrechnungen in Abhängigkeit von Brennkraftmaschinenparamtern ermittelt werden und in der Speichereinheit der Zentralsteuereinheit abgelegt werden.
28. Verfahren nach Anspruch 27 dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Grenzen der Sollwertintervalle in der Applikation erfolgt.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 oder 28 dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennkraftmaschinenparameter die Batteriespannung darstellt.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 29 dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Grenzen der Sollwertintervalle anhand von aktuellen Zeitdifferenzen während der Laufzeit der Brennkraftmaschine mittels eines statistischen Verfahrens erfolgt.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 30 dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenz zwischen Einschaltflanke des Ansteuersignais für den jeweiligen Zylinder und der ersten Ladeflanke eines Diagnosesignals oder eines Sammel -Diagnosesignals als Einschaltzeit identifiziert wird und überprüft wird, ob die Einschaltzeit innerhalb eines bestimmten ersten Sollwertintervalls liegt, wobei dann, wenn die Einschaltzeit Null ist, ein Fehler im Diagnosesystem oder ein Leitungsabfall im ZündungsSystem, bzw. dann, wenn die Einschaltzeit kleiner als ein minimaler Wert des ersten Sollwertintervalls ist, ein Kurzschluß zu der Batteriespannung oder ein Windungskurzschluß in einer zugehörigen Zündspule, bzw. dann, wenn die Einschaltzeit größer als ein maximaler Wert des ersten Sollwertintervalls ist, ein hochohmiger Zündkreis als Fehler für die Zündvorrichtung ermittelt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Ladeflanke eines Diagnosesignals oder eines Sammel-Diagnosesignals für den jeweiligen Zylinder als Ladezeit identifiziert wird und überprüft wird, ob die Ladezeit innerhalb eines bestimmten zweiten Sollwertintervalls liegt, wobei dann, wenn die Ladezeit kleiner als ein minimaler Wert des zweiten Sollwertintervalls ist, ein Wackelkontakt in der Peripherieeinheit als Fehler, bzw. dann, wenn die Ladezeit größer als ein maximaler Wert des zweiten Sollwertintervalls ist, ein Fehler in der Zentralsteuereinheit ermittelt wird.
33. Verfahren nach Anspruch 32 dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Ladezeit größer als ein maximaler Wert des zweiten Sollwertintervalls ist, von der Zentralsteuereinheit eine Zündung ausgelöst wird.
34. Verfahren nach Anspruch 32 dadurch gekennzeichnet, daß auch die Zeitdifferenz zwischen der ersten Ladeflanke eines Diagnosesignals oder eines Sammel-Diagnosesignals für den jeweiligen Zylinder und der zweiten ÜTA-Flanke für den jeweiligen Zylinder als Ladezeit identifiziert wird, wenn die zweite ÜTA-Flanke vor der zweiten Ladeflanke bzw. der Ausschaltflanke auftritt, und wenn die Ladezeit kleiner als ein minimaler Wert des zweiten Sollwertintervalls ist, eine Übertemperaturabschaltung oder ein Wackelkontakt in der Peripherieeinheit als Fehler ermittelt wird, wobei ein Wackelkontakt dann wahrscheinlicher ist, wenn noch innerhalb des zweiten Sollwertintervalls eine weitere Ladezeit ermittelt wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 34 dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenz zwischen der Ansteuertlanke des Ansteuersignais und der ersten
Spannungsflanke eines Diagnosesignals oder eines Sammel- Diagnosesignals für den jeweiligen Zylinder als Anstiegszeit identifiziert wird und überprüft wird, ob die Anstiegszeit unterhalb eines bestimmten dritten Sollwerts liegt.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 35 dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Spannungsflanke eines Diagnosesignals oder eines Sammel-Diagnosesignals für den jeweiligen Zylinder als Zündzeit identifiziert wird und überprüft wird, ob die Zündzeit unterhalb eines bestimmten vierten Sollwerts liegt, wobei dann, wenn die Zündzeit unterhalb eines vierten
Sollwerts liegt und die Anstiegszeit unterhalb eines dritten Sollwerts liegt, eine Zündung als erfolgt bewertet wird, bzw. dann, wenn die Zündzeit größer als vierter Sollwert ist und die Anstiegszeit kleiner als ein dritter Sollwert ist, eine Zündung als nicht erfolgt bewertet wird.
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