DE4116272A1

DE4116272A1 - Combustion monitor for vehicle IC engine - detects ion current upon ignition of spark plug

Info

Publication number: DE4116272A1
Application number: DE19914116272
Authority: DE
Inventors: Toshio Ohsawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1991-11-21
Also published as: JPH0422743A; DE4116272C2; JP2552754B2

Abstract

The combustion monitor uses an ion current detector (20') for detecting the ion current generated upon ignition of the spark plug. The ion detector (20) uses a device which provides a voltage representing the ion current, fed to a comparator (27) for comparison with a variable threshold voltage which is adjusted in dependence on the engine operating parameters, to provide an output signal fed to an electronic ignition control (10'). Pref. the threshold voltage generator (30) is responsive to the engine revs and the engine load. USE - For ensuring optimum fuel combustion.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verbrennungserfassungsgerät für einen Verbrennungsmotor, wobei das Gerät den Verbrennungszustand des Motors auf der Basis eines von einer Zündkerze in einem Raum zwischen den Elektroden erzeugten Ionenstromes erfaßt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verbrennungserfassungsgerät, welches die Zuverlässigkeit der Erfassung der Verbrennung unabhängig von Veränderungen des Pegels des Ionenstromes verbessert, welche durch eine sich verändernde oder vom Beharrungszustand abweichende Betriebsweise des Motors verursacht wird.The present invention relates to a Combustion detection device for an internal combustion engine, where the device is the combustion state of the engine on the Base one of a spark plug in a space between the Electrodes generated generated ion current. In particular the invention relates to a Combustion detection device, which reliability the detection of combustion regardless of changes of the level of the ion current improved by a changing or deviating from the steady state Operating mode of the engine is caused.

Im allgemeinen besitzen Verbrennungsmotoren, beispielsweise Automobilbenzinmotoren, eine Vielzahl von Zylindern (beispielsweise vier), die mit vier Zylindern betrieben werden und dabei einen Ansaughub, einen Kompressionshub, einen Explosionshub und einen Ausstoßhub ausführen. Um die Zündzeitpunkte der Zylinder, die Brennstoffeinspritzung in die Zylinder, etc., richtig zu steuern, wird eine Motorsteuereinheit in Gestalt eines Mikrocomputers zur Durchführung der verschiedenen elektronischen Berechnungen eingesetzt. Zu diesem Zweck identifiziert der Mikrocomputer die Betriebsstellungen der Zylinder und steuert ihre Betriebsablaufe, und zwar auf der Basis eines Zylinderbezugspositionssignals, das für die Kurbelstellungen der Zylinder repräsentativ ist, sowie eines Zylinderidentifikationssignals, das von einem Signalgenerator synchron mit der Umdrehung des Motors erzeugt wird.Generally, internal combustion engines have, for example Automotive gasoline engines, a variety of cylinders (for example four) that operate with four cylinders a suction stroke, a compression stroke, perform an explosion stroke and an ejection stroke. To the Ignition times of the cylinders, the fuel injection in properly controlling the cylinders, etc. becomes one Motor control unit in the form of a microcomputer Carrying out the various electronic calculations used. For this purpose the microcomputer identifies the operating positions of the cylinders and controls their Operations, based on a Cylinder reference position signal for the Crank positions of the cylinders are representative, as well a cylinder identification signal from a Signal generator synchronized with the rotation of the engine is produced.

Beispielsweise muß zur Steuerung der Zylinderzündung ein in jedem Zylinder durch einen Kolben verdichtetes Kraftstoff-/Luft-Gemisch zur Verbrennung in einem optimalen Zeitpunkt durch einen Funken gezündet werden, der von einer Zündkerze erzeugt wird. In Verbindung damit gibt es jedoch Momente, in denen die in einem Zylinder befindliche Mischung trotz Zündung durch eine Zündkerze nicht richtig verbrennt, je nach dem Verbrennungszustand, dem Zustand der Zündkerzen etc. In diesem Falle entfällt auf die übrigen Zylinder eine anormale Belastung, was einen Motorschaden befürchten läßt. Um also einen sicheren Motorbetrieb zu gewährleisten, muß in bezug auf jeden Zündzyklus jedes Zylinders festgestellt werden, ob die Mischung im Zylinder einwandfrei verbrannt ist. Zu diesem Zweck ist ein Verbrennungserfassungsgerät vorgeschlagen worden, welches den Verbrennungszustand bei jedem Zylinder durch Erfassen eines Ionenstromes bestimmt, der durch die Zündkerze im Raum zwischen deren Elektroden erzeugt wird.For example, an in each cylinder compressed by a piston Air / fuel mixture for combustion in an optimal Time can be ignited by a spark from a Spark plug is generated. In connection with this, however, there is Moments when the one in a cylinder Mixture not correct despite ignition by a spark plug burns, depending on the state of combustion, the state of Spark plugs, etc. In this case, the rest Cylinder an abnormal load, causing engine damage fears. So to ensure safe engine operation must ensure each with respect to each ignition cycle Cylinder will determine whether the mixture is in the cylinder burned properly. For this purpose is a Combustion detection device has been proposed which the combustion state of each cylinder by detecting of an ion current determined by the spark plug in the Space between the electrodes is generated.

Fig. 2 veranschaulicht ein typisches Beispiel eines solchen bekannten Verbrennungserfassungsgerätes für Verbrennungsmotoren. Gemäß Fig. 2 ist eine Kurbelwelle 1 eines nicht dargestellten Motors mit einer Vielzahl von Kolben verbunden, die in (nicht dargestellten) Zylindern laufen, derart, daß die Welle in Übereinstimmung mit den Bewegungen der Kolben in Drehung versetzt wird. Eine Nockenwelle 2 ist über einen Zeitgeberriemen 3 funktional mit der Kurbelwelle 1 verbunden und dreht sich somit synchron mit der Umdrehung der Kurbelwelle 1. Fig. 2 shows a typical example illustrates such a known internal combustion detecting apparatus for internal combustion engines. Referring to FIG. 2, a crankshaft 1 is connected to a motor not shown having a plurality of pistons through the cylinders (not shown) in such a way that the shaft is rotated in accordance with the movements of the pistons. A camshaft 2 is functionally connected to the crankshaft 1 via a timing belt 3 and thus rotates synchronously with the rotation of the crankshaft 1 .

Im Falle eines normalen Vierzylindermotors entfällt auf zwei Umdrehungen der Kurbelwelle eine Folge von vier Zyklen, die einen Ansaughub, einen Kompressionshub, einen Explosionshub und einen Ausstoßhub umfassen, so daß die Nockenwelle 2 eine volle Umdrehung je zwei Kurbelwellenumdrehungen ausführt. Die Nockenwelle 2 vollzieht also bei einer Viertaktoperation jedes Zylinders synchron eine volle Umdrehung. Dementsprechend treten bei einem Vierzylindermotor die Betriebsstellungen der Kolben im Zylinder zueinander mit einer Phasenverschiebung von einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 1 auf (d. h. 180°), also bei einem Viertel der Umdrehung der Nockenwelle 2 (d. h. 90°).In the case of a normal four-cylinder engine, two rotations of the crankshaft result in a sequence of four cycles, which include an intake stroke, a compression stroke, an explosion stroke and an exhaust stroke, so that the camshaft 2 makes one full revolution every two crankshaft revolutions. The camshaft 2 thus executes one full revolution synchronously in a four-stroke operation of each cylinder. Accordingly, in a four-cylinder engine, the operating positions of the pistons in the cylinder relative to one another occur with a phase shift of half a revolution of the crankshaft 1 (ie 180 °), that is to say at a quarter of a revolution of the camshaft 2 (ie 90 °).

Ein Signalgenerator, der allgemein durch das Bezugszeichen S gekennzeichnet ist, weist eine mit der Nockenwelle 2 verbundene drehbare Welle 4 auf, und an einem Ende der drehbaren Welle 4 ist eine Drehscheibe 5 zur Erfassung der Bezugsstellungen jedes Zylinders befestigt. Die Drehscheibe 4 besitzt eine Vielzahl (im dargestellten Beispiel 4) von ersten Fenstern in Form von bogenförmigen Schlitzen 6, die in die Scheibe eingearbeitet und auf einer Kreislinie um die Achse der Welle 4 angeordnet sind, wobei sie untereinander durch gleich große Abstände in Umfangsrichtung angebracht sind. Jeder der Schlitze 6 besitzt eine Vorderkante und eine Hinterkante, welche vorgeschriebenen Kolbenstellungen in dem jeweils zugehörigen Zylinder entsprechen. Weiter besitzt die Drehscheibe 5 ein (nicht dargestelltes) zweites Fenster in Form eines Schlitzes, wobei dieser zweite Schlitz einem ausgewählten Zylinder zu dessen Unterscheidung von den übrigen Zylindern entspricht.A signal generator, indicated generally by the reference character S, has a rotatable shaft 4 connected to the camshaft 2 , and a turntable 5 is attached to one end of the rotatable shaft 4 for detecting the reference positions of each cylinder. The turntable 4 has a plurality (in the example shown 4) of first windows in the form of arcuate slots 6 , which are incorporated into the disk and arranged on a circular line around the axis of the shaft 4 , being attached to one another by equally large circumferential distances are. Each of the slots 6 has a leading edge and a trailing edge, which correspond to prescribed piston positions in the respectively associated cylinder. The turntable 5 also has a second window (not shown) in the form of a slot, this second slot corresponding to a selected cylinder to distinguish it from the other cylinders.

Ein Paar feststehender Stützplatten 8 ist an einander gegenüberliegenden Seiten der Drehscheibe 5 angeordnet. Ein (nicht dargestellter) Fotokoppler mit einer lichtaussendenden Diode und einem Fototransistor ist an den einander gegenüberstehenden Stützplatten 8 entlang einer Kreislinie befestigt, auf der auch die Schlitze 6 in der Drehscheibe 5 angeordnet sind. Jeder der bogenförmigen Schlitze besitzt eine Vorderkante, die einer ersten Bezugskurbelposition des zugehörigen Zylinders entspricht, und eine Hinterkante, die einer zweiten Bezugskurbelposition des betreffenden Zylinders in Drehrichtung der Drehscheibe 5 entspricht. Jedesmal wenn einer der ersten Schlitze 6 sowie der nicht dargestellte zweite Schlitz in der Drehscheibe 5 zwischen der lichtaussendenden Diode und dem Fototransistor des Fotokopplers hindurchläuft bzw. bei der Drehung der Drehscheibe 5 mit diesem fluchtet, erzeugt der Fotokoppler ein Ausgangssignal L mit einer Folge von Impulsen, von denen jeder mit der Vorderkante eines Schlitzes ansteigt und mit der Hinterkante desselben abfällt.A pair of fixed support plates 8 are arranged on opposite sides of the turntable 5 . A (not shown) photocoupler with a light-emitting diode and a phototransistor is attached to the mutually opposite support plates 8 along a circular line on which the slots 6 in the turntable 5 are also arranged. Each of the arcuate slots has a front edge which corresponds to a first reference crank position of the associated cylinder and a rear edge which corresponds to a second reference crank position of the relevant cylinder in the direction of rotation of the turntable 5 . Every time one of the first slots 6 and the second slot (not shown) in the turntable 5 passes between the light-emitting diode and the phototransistor of the photocoupler or is aligned with the turntable 5 when it rotates, the photocoupler generates an output signal L with a sequence of pulses , each of which rises with the leading edge of a slot and falls with the trailing edge of the same.

Ein Regler 10 in Form einer elektronischen Steuereinheit (im folgenden mit ECU bezeichnet), die einen Mikrocomputer aufweist, empfängt sowohl das Ausgangssignal L des Fotokopplers, als auch verschiedene andere Arten von Signalen, die für den Betriebszustand des Motors repräsentativ sind und durch verschiedene Sensoren (nicht dargestellt) wie etwa den Motorgeschwindigkeitssensor, den Motorladungssensor, etc., erzeugt werden. Auf der Basis dieser Eingangssignale führt die Steuereinheit verschiedene Motorsteueroperationen wie beispielsweise die Kraftstoffsteuerung, die Zündsteuerung, etc., aus. Die ECU 10 bestimmt beispielsweise auf der Basis der genannten Signale die Reihenfolge der Operationen der Zylinder des Motors, und sie steuert die Operationen, wie beispielsweise die Zündung, in den betreffenden Zylindern entsprechend der so festgelegten Operationsfolge.A controller 10 in the form of an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU), which has a microcomputer, receives both the output signal L of the photocoupler and various other types of signals which are representative of the operating state of the engine and by various sensors ( not shown) such as the engine speed sensor, the engine charge sensor, etc. Based on these input signals, the control unit performs various engine control operations such as fuel control, ignition control, etc. The ECU 10 determines, for example, the order of operations of the cylinders of the engine based on the above-mentioned signals, and controls the operations, such as the ignition, in the respective cylinders in accordance with the sequence of operations thus determined.

Ein Leistungstransistor 11 in Gestalt eines NPN-Transistors mit geerdetem Emitter wird unter der Kontrolle der ECU 10 zum Ein- und Ausschalten angesteuert. Eine Zündspule 12 ist mit der Primärwicklung an den Kollektor des Leistungstransistors 11, und mit der Sekundärwicklung an eine Zündkerze 13 angeschlossen, und zwar über eine Sperrstrom-Prüfdiode 14. Der Leistungstransistor 11, die Zündspule 12, die Zündkerze 13 und die Diode 14 bilden zusammen die Zündeinrichtung. Obwohl eine solche Zündeinrichtung für jeden der Zylinder vorhanden ist, ist in Fig. 2 nur eine von ihnen beispielshalber dargestellt.A power transistor 11 in the form of an NPN transistor with a grounded emitter is driven to switch on and off under the control of the ECU 10 . An ignition coil 12 is connected to the collector of the power transistor 11 with the primary winding and to a spark plug 13 with the secondary winding, specifically via a reverse current test diode 14 . The power transistor 11 , the ignition coil 12 , the spark plug 13 and the diode 14 together form the ignition device. Although there is such an ignition device for each of the cylinders, only one of them is shown in FIG. 2 by way of example.

Ein Ionenstromdetektor, allgemein durch das Bezugszeichen 20 gekennzeichnet, ist zwischen ein Ende der Zündkerze 13 und die ECU 10 geschaltet. Der Ionenstromdetektor 20 weist folgende Elemente auf: eine Rückstrom-Prüfdiode 21 mit einer Kathode, die an einen Verbindungspunkt zwischen der Diode 14 und der Zündkerze 13 angeschlossen ist; einen Ladewiderstand 22, dessen eines Ende an die Anode der Diode 21 angeschlossen ist; eine Gleichstromleistungsversorgung 23, die mit dem anderen Ende des Ladewiderstandes 22 in Reihe geschaltet ist; ein Paar Spannungsteilerwiderstände 24, 25, die parallel an eine Reihenschaltung angeschlossen sind, welche den Ladewiderstand 22 und die Gleichstromleistungsversorgung 23 umfaßt; einen Kondensator 26, dessen eines Ende an den Verbindungspunkt zwischen der Diode 21 und dem Ladewiderstand 22 angeschlossen ist; einen Komparator 27, dessen erste negative Eingangsklemme an den Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Widerständen 24, 25 und der zweiten positiven Eingangsklemme angeschlossen ist, und deren Ausgangsklemme mit der ECU 10 verbunden ist; und ein Paar Spannungsteilerwiderstände 28, 29, die in Reihe zwischen eine Konstantleistungsversorgung und Erde geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt zwischen den beiden Elementen an die zweite Eingangsklemme des Komparators 27 zum Anlegen einer konstanten Schwellenspannung TH angeschlossen ist. Die Spannungsteilerwiderstände 24, 25 bilden zusammen eine Spannungserzeugungseinrichtung zur Lieferung einer Spannung V, die einem Ionenstrom I entspricht. Weiter bilden die Spannungsteilerwiderstände 28, 29 zusammen eine Schwellenspannungserzeugungseinrichtung zur Lieferung einer konstanten Schwellenspannung, die als Bezugsspannung zur Verbrennungsbestimmung an die zweite Eingangsklemme des Komparators 27 angelegt ist.An ion current detector, generally indicated by reference numeral 20 , is connected between one end of the spark plug 13 and the ECU 10 . The ion current detector 20 has the following elements: a reverse current test diode 21 with a cathode, which is connected to a connection point between the diode 14 and the spark plug 13 ; a charging resistor 22 , one end of which is connected to the anode of the diode 21 ; a DC power supply 23 which is connected in series to the other end of the charging resistor 22; a pair of voltage dividing resistors 24 , 25 connected in parallel to a series circuit including the charging resistor 22 and the DC power supply 23 ; a capacitor 26 having one end connected to the connection point between the diode 21 and the charging resistor 22 ; a comparator 27 whose first negative input terminal is connected to the connection point between the series resistors 24 , 25 and the second positive input terminal, and whose output terminal is connected to the ECU 10 ; and a pair of voltage dividing resistors 28 , 29 connected in series between a constant power supply and ground, the connection point between the two elements being connected to the second input terminal of the comparator 27 for applying a constant threshold voltage TH. The voltage divider resistors 24 , 25 together form a voltage generating device for supplying a voltage V which corresponds to an ion current I. Furthermore, the voltage divider resistors 28 , 29 together form a threshold voltage generating device for supplying a constant threshold voltage, which is applied to the second input terminal of the comparator 27 as a reference voltage for determining combustion.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des bekannten Verbrennungserfassungsgerätes wie oben beschrieben, im einzelnen erläutert. Wenn sich die Kurbelwelle 1 dreht, wird die Drehscheibe 5 durch den Transmissionsriemen 3, die Nockenwelle 2 und die Welle 4 in Drehung versetzt. während der Rotation der Drehscheibe 5 erzeugt der auf den Stützplatten 8 montierte (nicht dargestellte) Fotokoppler ein Ausgangssignal L, wenn der erste der Schlitze 6 und der zusätzliche, nicht dargestellte zweite Schlitz den Spalt zwischen der lichtaussendenden Diode und dem (nicht dargestellten) Fototransistor passiert, der auf den einander gegenüberstehenden Stützplatten 8 befestigt ist. Das so erzeugte Signal L umfaßt ein Kurbelwinkelbezugssignal, das für die vorbestimmten Kurbelpositionen jedes Zylinders repräsentativ ist, sowie ein Zylinderidentifikationssignal zur Identifizierung des ausgewählten Zylinders. Das Kurbelwinkelbezugssignal erhält eine Folge von Impulsen, von denen jeder mit der Vorderkante eines Schlitzes 6 ansteigt, die einer ersten Bezugskurbelposition (beispielsweise 75° vor Erreichen des oberen Totpunktes BTDC) des entsprechenden Zylinders ansteigt, und mit dem hinteren Ende des Schlitzes abfällt, der einer zweiten Kurbelwinkelposition (beispielsweise 5° BTDC) des betreffenden Zylinders entspricht. Beispielsweise bildet die erste Bezugskurbelposition einen Steuerbezugspunkt, wie etwa den Startzeitpunkt der Leistungversorgung, bei der die Leistungszufuhr an die Zündspule 12 durch die ECU 10 eingeleitet wird, während die zweite Bezugskurbelwinkelposition einen weiteren Steuerbezugspunkt bildet, wie etwa den Zündzeitpunkt in welchem die Leistungszufuhr an die Zündspule 12 abgeschaltet wird, um die Zündkerze 13 zur Erzeugung eines Funkens zu veranlassen. Das Zylinderidentifikationssignal enthält einen Impuls, der sich auf den ausgewählten Zylinder bezieht und beispielsweise in einem Zeitpunkt erzeugt wird, in dem ein Impuls des Kurbelwinkelbezugssignals des ausgewählten Zylinders erzeugt wird. Sowohl das Signal L des Signalgenerators S, als auch andere für den Betriebszustand des Motors repräsentative Signale werden in die ECU 10 eingegeben. Beispiele für diese anderen Signale sind das Motorumdrehungssignal, das für die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors repräsentativ ist, sowie das Motorladungssignal, das die Motorladung bzw. die Drosselventilöffnung anzeigt.The mode of operation of the known combustion detection device as described above is explained in detail below. When the crankshaft 1 rotates, the turntable 5 is rotated by the transmission belt 3 , the camshaft 2 and the shaft 4 . during the rotation of the turntable 5 , the photocoupler (not shown) mounted on the support plates 8 generates an output signal L when the first of the slots 6 and the additional, not shown second slot passes the gap between the light-emitting diode and the (not shown) photo transistor , which is attached to the opposing support plates 8 . The signal L thus generated includes a crank angle reference signal representative of the predetermined crank positions of each cylinder and a cylinder identification signal for identifying the selected cylinder. The crank angle reference signal receives a series of pulses, each rising with the leading edge of a slot 6, rising from a first reference crank position (e.g. 75 ° before reaching top dead center BTDC) of the corresponding cylinder, and falling with the rear end of the slot, which one corresponds to the second crank angle position (for example 5 ° BTDC) of the cylinder in question. For example, the first reference crank position forms a control reference point, such as the start time of the power supply at which the power supply to the ignition coil 12 is initiated by the ECU 10 , while the second reference crank angle position forms a further control reference point, such as the ignition point at which the power supply to the ignition coil 12 is turned off to cause the spark plug 13 to generate a spark. The cylinder identification signal includes a pulse related to the selected cylinder and generated, for example, at a time when a pulse of the crank angle reference signal of the selected cylinder is generated. Both the signal L of the signal generator S and other signals representative of the operating state of the engine are input into the ECU 10 . Examples of these other signals are the engine revolution signal, which is representative of the number of revolutions per minute of the engine, and the engine charge signal, which indicates the engine charge or the throttle valve opening.

Auf der Basis des Signals L identifiziert die ECU 10 die operative Reihenfolge bzw. die Betriebszustände der entsprechenden Zylinder, und sie erzeugt und verteilt in den richtigen Taktzeiten entsprechend der so bestimmten betrieblichen Reihenfolge ein Zündsteuersignal an die Leistungstransistoren 11 der entsprechenden Zylinder. Dementsprechend wird einer der Leistungstransistoren 11 durch das von der ECU 10 gelieferte Zündsteuersignal eingeschaltet, so daß ein Strom von der Leistungsversorgungsquelle durch die Primärwicklung der Zündspule 11 und den nun leitenden Leistungstransistor 11 zu fließen beginnt. Nachdem Strom während einer vorbestimmten Zeitdauer durch die Primärwicklung der Zündspule 12 geflossen ist, unterbindet die ECU 10 die Erzeugung des Zündsteuersignals und schaltet den Leistungstransistor 11 ab. Infolgedessen wird an der Sekundärwicklung der Zündspule 12 eine Hochspannung induziert, welche die Zündkerze 13 zur Erzeugung eines Funkens veranlaßt. Dann wird die durch die Leistungsversorgungsquelle an die Zündspule 12 angelegte Spannung, die eine negative Spannung ist, unmittelbar nach der Entladung der Zündkerze 13 unterbrochen.On the basis of the signal L, the ECU 10 identifies the operational sequence or the operating states of the corresponding cylinders, and generates and distributes an ignition control signal to the power transistors 11 of the corresponding cylinders in the correct cycle times in accordance with the operational sequence thus determined. Accordingly, one of the power transistors 11 is turned on by the ignition control signal supplied from the ECU 10 , so that a current from the power supply source begins to flow through the primary winding of the ignition coil 11 and the now conductive power transistor 11 . After current flows through the primary winding of the ignition coil 12 for a predetermined period of time, the ECU 10 stops generating the ignition control signal and turns off the power transistor 11 . As a result, a high voltage is induced on the secondary winding of the ignition coil 12 , which causes the spark plug 13 to generate a spark. Then, the voltage applied to the ignition coil 12 by the power supply source, which is a negative voltage, is interrupted immediately after the spark plug 13 is discharged.

Sofort nach der Entladung bzw. der Funkenbildung der Zündkerze 13, welche die explosionsartige Verbrennung der Luft-/Kraftstoffmischung in der Nähe der Zündkerze 13 verursacht, entsteht eine große Amzahl positiver Ionen im begrenzten Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze 1 und bildet in diesem Bereich den lonenstrom I. Der so durch die positiven Ionen gebildete Ionenstrom 1 wird von der negativen Elektrode der Zündkerze 13 angezogen und fließt zur negativen Elektrode der Gleichstromversorgungsquelle 23, und zwar über die Diode 21 und den Ladewiderstand 22. Dadurch erzeugt der Ionenstrom I am Ladewiderstand 22 eine Spannung, die durch die Spannungsteilerwiderstände 24, 25 in eine Spannung V gerändert und an die erste negative Eingangsklemme des Komparators 27 geliefert wird. Die in den Komparator 27 eingegebene Spannung V beruht auf dem Ionenstrom I und ist diesem proportional. Das heißt, daß die Spannung V groß wird, wenn im Zylinder die Explosion oder Verbrennung stattfindet, während sie bei fehlender Verbrennung niedrig wird. Mit anderen Worten wird die zweite positive Eingangklemme des Komparators 27 mit einer Schwellenspannung TH belegt, welche durch die Spannungsteilerwiderstände 28, 29 auf einen vorbestimmten konstanten Wert eingestellt ist. Dementsprechend erzeugt der Komparator 27 ein niederpegeliges Ausgangssignal, wenn die Spannung V niedriger als die Schwellenspannung TH ist, während er ein hochpegeliges Ausgangssignal liefert, wenn die Spannung V gleich oder größer als die Schwellenspannung TH ist. Das bedeutet, daß der Komparator 27 ein EIN-Signal an die ECU 10 nur dann liefert, wenn er einen Ionenstrom 1 erfaßt.Immediately after the discharge or sparking of the spark plug 13 , which causes the explosive combustion of the air / fuel mixture in the vicinity of the spark plug 13 , a large number of positive ions arise in the limited space between the electrodes of the spark plug 1 and forms the area in this area Ion current I. The ion current 1 thus formed by the positive ions is attracted to the negative electrode of the spark plug 13 and flows to the negative electrode of the direct current supply source 23 , specifically via the diode 21 and the charging resistor 22 . As a result, the ion current I generates a voltage at the charging resistor 22 , which is converted into a voltage V by the voltage dividing resistors 24 , 25 and is supplied to the first negative input terminal of the comparator 27 . The voltage V input into the comparator 27 is based on the ion current I and is proportional to it. That is, the voltage V becomes large when the explosion or combustion takes place in the cylinder, and becomes low when there is no combustion. In other words, the second positive input terminal of the comparator 27 is assigned a threshold voltage TH, which is set to a predetermined constant value by the voltage divider resistors 28 , 29 . Accordingly, the comparator 27 produces a low level output signal when the voltage V is lower than the threshold voltage TH, while it provides a high level output signal when the voltage V is equal to or greater than the threshold voltage TH. That is, the comparator 27 delivers an ON signal to the ECU 10 only when it detects an ion current 1 .

Aufgrund der für den so erfaßten Ionenstrom reprasentativen Spannung V und der durch das Signal L identifizierten Operationsfolge bzw. der Betriebszustände der Zylinder stellt die ECU 10 fest, ob in dem Zylinder, der gezündet hat, eine normale Verbrennung stattgefunden hat.On the basis of the voltage V representative of the ion current thus detected and the sequence of operations or the operating states of the cylinders identified by the signal L, the ECU 10 determines whether normal combustion has taken place in the cylinder which has ignited.

Falls der gezündete Zylinder normal arbeitet oder im zündenden Zylinder eine normale Verbrennung stattfindet, wird eine Explosion bzw. eine Verbrennung durch Entladen bzw. Funkenbildung der entsprechenden Zündkerze 11 ausgelöst, so daß eine Anzahl positiver Ionen im begrenzten Bereich zwischen den Elektroden der Zündkerze 13 erzeugt wird. Findet jedoch aus irgendeinem Grunde keine Explosion statt, werden im wesentlichen auch keine positiven Ionen erzeugt. Dementsprechend kann die ECU 10 den Verbrennungszustand im gezündeten Zylinder aufgrund der Spannung V und der identifizierten Operationsfolge bzw. Betriebszustände der Zylinder ermitteln.If the ignited cylinder operates normally or normal combustion takes place in the igniting cylinder, an explosion or combustion is triggered by discharge or sparking of the corresponding spark plug 11 , so that a number of positive ions are generated in the limited area between the electrodes of the spark plug 13 . However, if for some reason there is no explosion, essentially no positive ions are generated. Accordingly, the ECU 10 can determine the combustion state in the ignited cylinder based on the voltage V and the identified operating sequence or operating states of the cylinders.

In diesem Zusammenhang wird der Pegel der Schwellenspannung TH in bezug auf einen lonenstrom I eingestellt der erzeugt wird, wenn sich der Motor im Beharrungsbetrieb befindet, während jedoch tatsächlich der Pegel des Ionenstroms I entsprechend dem Betriebszustand des Motors variiert. Wenn beispielsweise die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors oder wenn die Motorladung groß ist, können sich dem Ionenstrom I Störungen überlagern, welche seinen Pegel anheben. In diesem Falle könnte der Komparator 27 beim Vergleich der störungsbeeinflußten Spannung V mit der konstanten Schwellenspannung TH ein EIN-Signal aufgrund des Einflusses solcher Störwirkungen ausgeben, selbst wenn kein Ionenstrom vorhanden ist. Infolgedessen würde die ECU 10 zu der Feststellung gelangen, daß in einem gezündeten Zylinder eine normale Verbrennung stattgefunden hat, obwohl tatsächlich keine Verbrennung erfolgt ist. Dieser Irrtum kann zu Motorschäden führen, wie weiter oben gesagt wurde.In this connection, the level of the threshold voltage TH is set with respect to an ion current I which is generated when the engine is in the steady state, but in fact the level of the ion current I varies according to the operating state of the engine. For example, if the number of revolutions per minute of the engine or if the engine charge is large, the ion current I may be interfered with, which raise its level. In this case, when comparing the interference-affected voltage V with the constant threshold voltage TH, the comparator 27 could output an ON signal due to the influence of such interference effects, even if no ion current is present. As a result, the ECU 10 would conclude that normal combustion has occurred in an ignited cylinder even though no combustion has actually occurred. This error can lead to engine damage, as stated above.

Bei dem oben beschriebenen bekannten Verbrennungserfassungsgerät ist es jedoch unmöglich, die Erzeugung eines Ionenstromes I richtig oder genau zu erfassen, wenn der Ionenstrompegel aufgrund des Betriebszustandes des Motors gestört oder verändert wird, wie etwa im Falle eines vom Beharrungsbetrieb abweichenden Betriebszustandes, und zwar deswegen, weil der Pegel der den Verbrennungszustand bestimmenden Schwellenspannung TH auf einen konstanten Wert eingestellt ist. Es ist somit schwierig, jederzeit eine wirklich zuverlässige Erfassung der Verbrennung in den Zylindern durchzuführen.In the known one described above However, it is impossible to detect the combustion device Generation of an ion current I correctly or precisely detect when the ion current level due to the Operating state of the engine is disturbed or changed, such as in the case of one that deviates from the steady state Operating state, namely because the level of the threshold voltage TH determining the combustion state is set to a constant value. So it is difficult, a really reliable capture at all times the combustion in the cylinders.

Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Absicht zugrunde, die mit dem bekannten Verbrennungserfassungsgerät verbundenen oben beschriebenen Probleme zu überwinden.Accordingly, the present invention is intended based on that with the known combustion detection device to overcome related problems described above.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Verbrennungserfassungsgerat für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, das das Auftreten der Verbrennung in einem Zylinder mit hoher Zuverlässigkeit erfassen kann, auch dann, wenn es Änderungen im Pegel des durch eine Zündkerze erzeugten Ionenstromes gibt.It is an object of the present invention to develop a new and improved combustion detection device for one Internal combustion engine to create the appearance of the Combustion in a cylinder with high reliability can detect even if there are changes in the level of the ion current generated by a spark plug.

Um das vorgenannte Ziel zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein Verbrennungserfassungsgerät für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, das einen Regler zur Steuerung der Zündung eines Zylinders eines Motors, welcher mit einer Zündkerze ausgestattet ist, und einen Ionenstromdetektor zur Erfassung eines Ionenstromes, der bei der Funkenbildung einer Zündkerze erzeugt wird, umfaßt. Der Ionenstromdetektor weist folgende Komponenten auf:
Spannungserzeugungsmittel zur Erzeugung einer Spannung, die dem Pegel des von der Zündkerze hervorgerufenen Ionenstromes entspricht;
Schwellenspannungserzeugungsmittel zur Erzeugung einer veränderlichen Schwellenspannung, die sich in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors verändert; und
einen Komparator zur Vergleichen der Ausgangsspannung der Spannungserzeugungsmittel mit der Schwellenspannung und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn die Ausgangsspannung der Spannungserzeugungsmittel der Schwellenspannung entspricht oder größer ist.In order to achieve the aforementioned goal, a combustion detection device for an internal combustion engine is provided according to the invention, which has a controller for controlling the ignition of a cylinder of an engine, which is equipped with a spark plug, and an ion current detector for detecting an ion current, which generates a spark plug when sparking is included. The ion current detector has the following components:
Voltage generating means for generating a voltage corresponding to the level of the ion current caused by the spark plug;
Threshold voltage generating means for generating a variable threshold voltage which changes depending on the operating state of the engine; and
a comparator for comparing the output voltage of the voltage generating means with the threshold voltage and for generating an output signal when the output voltage of the voltage generating means is equal to or greater than the threshold voltage.

Vorzugsweise erzeugen die Schwellenspannungserzeugungsmittel die veränderliche Schwellenspannung in Abhängigkeit von mindestens einer Umdrehung der Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors sowie in Abhängigkeit von der Motorladung.Preferably generate the Threshold voltage generating means the changeable Threshold voltage depending on at least one Revolution the number of revolutions per minute of the motor as well as depending on the engine charge.

Die vorgenannten sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.The above and other goals, features and advantages The invention will follow from the detailed below Description of a preferred embodiment of the Invention in conjunction with the accompanying drawings more clearly.

Fig. 1 veranschaulicht den allgemeinen Schaltungsaufbau eines Verbrennungserfassungsgerätes für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung; und Fig. 1 illustrates the general circuit arrangement of an internal combustion detecting apparatus for an internal combustion engine according to the present invention; and

Fig. 2 stellt ein der Fig. 1 entsprechendes Diagramm dar, das sich auf ein bekanntes Verbrennungserfassungsgerät bezieht. FIG. 2 shows a diagram corresponding to FIG. 1, which relates to a known combustion detection device.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben. In the following, with reference to the figures preferred embodiment of the invention in detail described.

Fig. 1 zeigt ein Verbrennungserfassungsgerät für einen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung. Das erfindungsgemäße Gerät entspricht im Aufbau im wesentlichen dem erwähnten bekannten Gerät nach Fig. 2, mit Ausnahme der erfindungsgemäß vorgesehenen Wellenspannungspegeländerungsmittel 30 und der Betriebsweise des Reglers 10′ in Gestalt einer elektronischen Steuereinheit ECU. Elemente der Fig. 1, die denen der Fig. 2 entsprechen, sind also durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Fig. 1 shows a combustion detection apparatus for an internal combustion engine according to the invention. The device according to the invention essentially corresponds in structure to the known device according to FIG. 2 mentioned, with the exception of the wave voltage level change means 30 provided according to the invention and the mode of operation of the controller 10 'in the form of an electronic control unit ECU. Elements in FIG. 1 which correspond to those in FIG. 2 are identified by the same reference numerals.

Insbesondere besitzen die Schwellenwertpegeländerungsmittel 30 die Gestalt einer elektrischen Schaltung, die durch die ECU 10′ zur Erzeugung einer Schwellenspannung TH mit veränderlichem Pegel gesteuert wird, wobei sich der Pegel in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors verändert. Die ECU 10′ arbeitet ein Programm ab, das gegenüber dem von der ECU 10 der Fig. 2 zur Steuerung des Leistungstransistors 11 abgewickelten Programm teilweise modifiziert ist, derart, daß sie die Schwellenpegeländerungsschaltung 30 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors steuert.In particular, the threshold level changing means 30 are in the form of an electrical circuit which is controlled by the ECU 10 'to generate a threshold voltage TH with a variable level, the level changing depending on the operating state of the engine. The ECU 10 'executes a program which is partially modified compared to the program handled by the ECU 10 of FIG. 2 for controlling the power transistor 11 in such a way that it controls the threshold level change circuit 30 in dependence on the operating state of the engine.

Im Betrieb steuert die ECU 10′ den Leistungstransistor 11 auf der Basis eines Signals L, das vom Signalgenerator S erzeugt wird, so daß der Transistor 11 im richtigen Takt ein- und ausgeschaltet wird und damit die Entladung der Zündkerze 13 zur Erzeugung des Zündfunkens veranlaßt. Im Anschluß an die Entladung erfaßt der Ionenstromdetektor 20′ einen Ionenstrom I, der sich im Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze 13 unmittelbar nach der Entladung derselben bildet. Andererseits ermittelt die ECU′ aufgrund des Ausgangssignals des Komparators 27, ob der Pegel des Ionenstromes I einem vorgeschriebenen Verbrennungsniveau entspricht oder größer ist. In diesem Falle steuert die ECU 10′ die Schwellenpegeländerungsschaltung 30 entsprechend dem Betriebszustand des Motors, wie beispielsweise der Umdrehungszahl pro Minute des Motors, der Motorladung, und dergleichen, so daß die Schaltung 30 eine Schwellenspannung TH′ mit niedrigem Pegel erzeugt, wenn sich der Motor im Beharrungszustand befindet, während sie eine hochpegelige Schwellenspannung TH′ erzeugt, wenn sich der Motor in einem Betriebszustand außerhalb des Beharrungszustandes befindet, d. h., wenn die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors groß ist (nämlich größer als ein vorbestimmter Wert), oder wenn die Motorladung groß ist (d. h., wenn die Öffnung des Drosselventils größer als ein vorgeschriebener Wert ist). Im Ergebnis wird die Möglichkeit einer falschen Bestimmung der Zylinderverbrennung aufgrund der Tatsache erheblich verringert, daß die Spannung V, welche dem Ionenstrom I entspricht und an die erste Eingangsklemme des Komparators 27 geliefert wird, kaum die Schwellenspannung TH′ überschreitet, die auf einen ausreichend hohen Wert für den Fall veränderlicher Betriebszustände des Motors durch die Schwellenpegeländerungsschaltung 30 eingestellt ist, selbst dann, wenn die Spannung V durch Störsignale während des nichtstationären Betriebs des Motors beeinflußt wird. Somit kann der Verbrennungszustand in den Zylindern mit hoher Zuverlässigkeit erfaßt werden, auch wenn sich der Pegel des Ionenstromes I entsprechend dem Betriebszustand des Motors verändert.In operation, the ECU 10 'controls the power transistor 11 on the basis of a signal L, which is generated by the signal generator S, so that the transistor 11 is switched on and off in the correct cycle and thus causes the discharge of the spark plug 13 to generate the ignition spark. Following the discharge, the ion current detector 20 'detects an ion current I, which forms in the space between the electrodes of the spark plug 13 immediately after the discharge thereof. On the other hand, the ECU 'determines on the basis of the output signal of the comparator 27 whether the level of the ion current I corresponds to a prescribed combustion level or is greater. In this case, the ECU 10 'controls the threshold level change circuit 30 in accordance with the operating state of the engine, such as the number of revolutions per minute of the engine, the engine charge, and the like, so that the circuit 30 generates a threshold voltage TH' at a low level when the engine is running is in the steady state while generating a high level threshold voltage TH 'when the engine is in an operating state outside the steady state, that is, when the number of revolutions per minute of the engine is large (namely, larger than a predetermined value), or when The engine load is large (that is, when the throttle valve opening is larger than a prescribed value). As a result, the possibility of incorrect determination of the cylinder combustion is considerably reduced due to the fact that the voltage V, which corresponds to the ion current I and is supplied to the first input terminal of the comparator 27 , hardly exceeds the threshold voltage TH ', which is of a sufficiently high value is set by the threshold level change circuit 30 in the case of changing operating conditions of the engine even if the voltage V is affected by noise signals during the non-stationary operation of the engine. Thus, the combustion state in the cylinders can be detected with high reliability even if the level of the ion current I changes in accordance with the operating state of the engine.

In diesem Zusammenhang kann die Schwellenspannung TH′ so eingestellt werden, daß sie in Übereinstimmung mit der zunehmenden Anzahl von Umdrehungen pro Minute des Motors oder mit zunehmender Motorladung ansteigt.In this context, the threshold voltage TH 'so to be set in accordance with the increasing number of revolutions per minute of the engine or increases with increasing engine charge.

Claims

1. Combustion detection device for an internal combustion engine, with:
a regulator for controlling the ignition of a cylinder of an engine equipped with a spark plug; and
an ion current detector for detecting an ion current generated when a spark plug is sparked;
characterized in that
the ion current detector has the following components:
Voltage generating means for generating a voltage corresponding to the level of the ion current caused by the spark plug;
Threshold voltage generating means for generating a variable threshold voltage which changes depending on the operating state of the engine;
and a comparator for comparing the output voltage of the voltage generating means with the threshold voltage and for generating an output signal when the output voltage of the voltage generating means is equal to or greater than the threshold voltage.

2. Ion current detection device according to claim 1, characterized characterized that the Threshold voltage generating means the changeable Threshold voltage depending on at least one Revolution of the revolutions per minute of the motor and the engine charge.

3. Ion current detection device according to claim 2, characterized characterized that the changeable Threshold voltage assumes a high value when the Number of revolutions per minute of the engine larger than a predetermined value, compared to the case in which it is lower than the predetermined value.

4. Ion current detection device according to claim 2, characterized characterized that the changeable Threshold voltage corresponding to the increasing number of engine revolutions per minute.

5. Ion current detection device according to claim 2, characterized characterized that the changeable Threshold voltage assumes a higher value when the Engine charge is greater than a predetermined value, compared to the case where it is lower than that is predetermined value.

6. Ion current detection device according to claim 2, characterized characterized that the changeable Threshold voltage corresponding to the increasing Engine charge increases.