DE4116574A1 - Fehlzuendungserfassungseinrichtung fuer einen verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fehlzündungserfassungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche die aufgrund einer Anormalität im Zündsystem eines Motors oder dergleichen auftretenden Fehlzündungen erfaßt.

Eine Einrichtung der vorliegenden Art ist beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentpublikation Nr. 26 345/1987 offenbart. Gemäß dieser Offenbarung wird der Zylinderinnendruck eines Motors durch einen Zylinderinnendrucksensor erfaßt, wobei der Kurbelwinkel, bei dem der Zylinderinnendruck den Spitzenwert aufweist, erhalten wird. Wenn dieser Spitzenwert in einen vorbestimmten Kurbelwinkelbereich fällt, wird der Laufzustand des Motors als normal betrachtet.

Bei der konventionellen Einrichtung ist es jedoch erforderlich, den Zylinderinnendruck für jeden Kurbelwinkel während einer vorbestimmten Periode kontinuierlich zu messen. Aus diesem Grunde ist die Einrichtung kompliziert. Die Fehlzündungsentscheidung ist im Laufzustand mit schwacher Ladung schwer zu bestimmen, da die Spitze des Zylinderinnendruckes zwei Werte besitzt, nämlich einen, der dem oberen Kompressionstotpunkt entspricht, und einen anderen, der einer Spitze infolge der die Verbrennung entspricht. Wenn darüber hinaus der Zylinderinnendruck eine Spitze vor Erreichen des oberen Kompressionstotpunktes aufweist, ist ein Urteil über Fehlzündungen unmöglich.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Fehlzündungserfassungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der Fehlzündungen auf kostensparende Weise unabhängig vom des Laufzustand des Motors erfaßt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fehlzündungserfassungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, die folgende Komponenten aufweist:
Druckerfassungmittel zur Erfassung des Zylinderinnendruckes;
Kurbelwinkelerfassungsmittel zur Erfassung des Kurbelwinkels; und
Fehlzündungserfassungsmittel, die einen Betriebsfall als Fehlzündung werten, wenn der Zylinderinnendruck bei einem vorbestimmte Kurbelwinkel hinter dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes eines Motorverbrennungszyklus unter einem vorbestimmten Wert liegt.

Der vorbestimmte Wert kann durch eine Kombination bestehend aus einem Ladungserfassungsmittel und einem Umdrehungszahlerfassungsmittel als Kriteriumwert für die Fehlzündungserfassungsmittel bestimmt werden.

Eine umfassendere Würdigung der Erfindung und ihrer vielen Vorteile ergibt sich durch das bessere Verständnis der Erfindung aufgrund der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Struktur der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 3A, 3B und 3C stellen Diagramme über die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Zylinderinnendruck dar;

Fig. 4 stellt ein Diagramm über die Veränderung des Zylinderinnendruckes dar;

Fig. 5 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Hauptroutine dar, in deren Verlauf die Erfassung einer Fehlzündung erfolgt;

Fig. 6 stellt das Flußdiagramm einer Unterroutine dar;

Fig. 7 stellt ein Diagramm über die Veränderung des Zylinderinnendruckes für den Fall dar, daß ein Ladezustand des Motors verändert wird; und

Fig. 8 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Kriterientabelle dar, die auf die Umdrehungszahl des Motors und auf die Ansaugluftmenge des Motors bezogen ist.

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Strukturelemente der Erfindung dar. In Fig. 1 bedeutet M1 einen Motor, M2 ein Kurbelwinkelerfassungsmittel, das für jede Bezugsposition des Kurbelwinkels und für jeden Einheitswinkel des Kurbelwinkels Impulse liefert, M3 ein Druckerfassungsmittel, das den Zylinderinnendruck erfaßt, und M5 ein Ladezustandserfassungsmittel, das den Ladezustand des Motors erfaßt. Bei dem Ladungserfassungsmittel kann es sich um einen Luftstrommesser zum Messen der Ansaugluftmenge des Motors handeln, der nicht dargestellt ist, oder um einen Ansaugleitungsdrucksensor bzw. einen Drosselventil-Öffnungsgradsensor, der den Öffnungsgrad des Drosselventils erfaßt, welches die Ansaugluftmenge regelt. M6 ist ein Umdrehungszahlerfassungsmittel, das die Periode zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln aus einem Signal des Kurbelwinkelerfassungsmittels M2 mißt und die Umdrehungszahl des Motors ermittelt. M4 ist ein Fehlzündungserfassungsmittel, das den Laufzustand des Motors aus Signalen des Ladungserfassungsmittels M5 und des Umdrehungszahlerfassungsmittels M6 erfaßt und eine Fehlzündungsentscheidung entsprechend dem Laufzustand des Motors trifft, und zwar durch Messen des Druckes und eines vorbestimmten Kurbelwinkelbereichs aus Signalen des Kurbelwinkelerfassungsmittels M2 und des Druckerfassungsmittels M3.

Fig. 2 stellt eine Ausführungsform der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In Fig. 2 bezieht sich das Bezugszeichen 1 auf einen Motor mit 1 bis 4 Zylindern 2 bis 5. Die Bezugszeichen 6 bis 9 beziehen sich auf Drucksensoren, die den Druck der Zylinder 2 bis 5 erfassen. Ein piezoelastisches Element, das eine elektrische Ladung entsprechend der Änderung des Zylinderinnendruckes erzeugt, oder ein Halbleiterdrucksensor, der den Druck als Änderung des Widerstandswertes durch Anlegen des Druckes an einer Halbleitermembran erfaßt, kann als Drucksensor verwendet werden. Das Bezugszeichen 10 bezieht sich auf einen Kurbelwinkelsensor, welcher die Zeitgabe der Druckerfassung durch Ausgeben von Bezugspositionsimpulsen, beispielsweise für jede Bezugsposition des Kurbelwinkels (alle 180° oder alle 720°), sowie eines Einheitswinkelimpulses für jeden Einheitswinkel (beispielsweise alle 1°) ermittelt.

Das Bezugszeichen 30 bezieht sich auf eine Zylinderinnendruckerfassungseinrichtung, welche Ausgangssignale der Drucksensoren 6 bis 9 und des Kurbelwinkelsensors 10 empfängt und den Zylinderinnendruck mißt. Die Zylinderinnendruckerfassungseinheit 30 besteht aus folgenden Komponenten: den Schnittstellen 12 bis 15, welche Ausgangssignale der Drucksensoren 6 bis 9 in Spannungswerte umwandeln; der Zeitgabeschnittstelle 16, welche die Signale des Kurbelwinkelsensors 10 empfängt; den Einzelchip-Mikrocomputer (nachfolgend als Mikrocomputer bezeichnet) mit dem A/D-Umsetzer 27 und dem Speicher 28; und dem Multiplexer 29, der die Ausgangssignale der Schnittstellen 12 bis 15 entsprechend einem Steuerbefehl des Mikrocomputers 26 wählt und schaltet und an den A/D-Umsetzer übermittelt.

Bei diesem Schaltungsaufbau werden die Ausgangssignale der Drucksensoren 6 bis 9 über die Schnittstellen 12 bis 15 an den Multiplexer 29 geliefert, durch den die Signale ausgewählt und in den Mikrocomputer 26 eingegeben werden. Die Fig. 3A bis 3C zeigen die Veränderung des Druckes sowie das Wellenmuster der Zylinder 2 bis 5 entsprechend der Veränderung des Kurbelwinkels über einen Viertaktzyklus eines Vierzylindermotors. In Fig. 3A bezieht sich die voll ausgezogene Linie auf das Druckwellenmuster des ersten Zylinders 1 des Motors 1, wobei BDC den unteren Totpunkt und TDC den oberen Totpunkt bedeutet. Die gestrichelte Linie bezieht sich auf das Druckwellenmuster des dritten Zylinders 3, während sich die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie auf das Druckwellenmuster des zweiten Zylinders 2, und die abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie auf das Druckwellenmuster des vierten Zylinders 4 bezieht.

Wie aus Fig. 3A hervorgeht, weist der Verbrennungszyklus jedes Zylinders eines Vierzylindermotors eine Kurbelwinkelphasendifferenz von 180° auf. Was die Druckwellenmuster der Zylinder 2, 3 und 4 anbetrifft, werden nur der Kompressions- und der Explosionshub derselben beschrieben, während der Ansaug- und der Ausstoßhub ausgelassen werden.

Der Kurbelwinkelsensor 10 erzeugt gemäß Fig. 3B alle 720° ein Zylinderidentifikationssignal und gemäß Fig. 3C für jeden einzelnen Grad ein Kurbelwinkelsignal. Diese Signale werden durch die Schnittstelle 16 in den Mikrocomputer 26 eingegeben. Entsprechend diesen Signalen wird das vom Multiplexer 29 gewählte Drucksignal durch den A/D-Umsetzer 27 bei dem vorbestimmten Kurbelwinkel vom Analogwert in einen Digitalwert umgewandelt und im Speicher 28 abgespeichert.

Als nächstes wird eine Erläuterung über ein eindeutiges Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen gegeben. Fig. 4 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Fehlzündung und dem Druckwellenmuster, wobei die voll ausgezogene Linie das Druckwellenmuster im Falle der normalen Verbrennungsdauer wiedergibt. Die Luft-Kraftstoffmischung wird im Ansaughub in den Zylinder geladen, im Kompressionshub verdichtet, im Kompressionshub in der Nähe des oberen Totpunktes TDC gezündet, im Explosionshub rasch expandiert, und im Ausstoßhub aus dem Zylinder entlassen. Die im Falle einer Fehlzündung auftretende Druckänderung ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Im Falle eines Versagens der Zündung oder im Falle eines unzutreffenden Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnisses verläuft die Druckänderung im Explosionshub symmetrisch zur senkrechten Linie über dem Kurbelwinkel von 360° innerhalb des durch α und ß definierten Bereiches. Die gestrichelte Linie veranschaulicht den Fall, bei dem keine Verbrennung stattfindet, bzw. den Fall einer totalen Fehlzündung. Bei einer nur leichten Fehlzündung liegt die Druckänderung zwischen der voll ausgezogenen Kurve und der gestrichelten Kurve im Bereich β.

Die vorliegende Anmeldung befaßt besonders mit diesem Verhalten. Der in einem vorbestimmten Kurbelwinkelpunkt P nach dem oberen Totpunkt TDC des Kompressionshubes (beispielsweise 40°) gemessene Zylinderdruck P2 wird mit einem vorbestimmten Druckwert P1 verglichen. Das Ergebnis wird als normal beurteilt, wenn die nachfolgende Gleichung (1) erfüllt wird; hingegen wird auf eine Fehlzündung geschlossen, wenn die Gleichung nicht erfüllt wird.

ℓ · P1 + k ≦ 2 (1)

Dabei ist ℓ eine Verstärkungskonstante und k eine Versetzungskonstante, die beide dazu dienen, dem Kriterienwert der Gleichung (1) einen Toleranzbereich zuzuweisen. Bei ℓ=1 und k=1 wird das Niveau eines vollständigen Fehlzündungszustandes erfaßt. Die Gewinnkonstante ℓ und die Versetzungskonstante k können entsprechend dem Niveau der erfaßten Fehlzündung bestimmt werden.

Die Fig. 5 und 6 stellen Flußdiagramme zur Erfassung der Fehlzündung in jedem Zylinder dar. Fig. 5 ist eine Hauptroutine. In Schritt 100, bei dem es sich um den Startpunkt der Messung handelt, wird der Speicher für die Fehlzündungsspeicherung rückgesetzt und der Zähler, der einen vorbestimmten Kurbelwinkel abzählt, gelöscht. In Schritt 101 wird dann der Anstieg des Zylinderidentifikationssignals des Kurbelwinkelsensors 10 gemäß Fig. 3B abgewartet. Wenn das Zylinderidentifikationssignal angestiegen ist, geht die Operation nach Schritt 102 über. In Schritt 102 verbindet der Mikrocomputer 26 den vierten Zylinder 4 über den Multiplexer 29 an den A/D-Umsetzer und stellt den Zahlenwert 40 als Vergleichswert des Kurbelwinkelzählers ein, bei dem der Zylinderinnendruck gemessen wird.

Das Programm geht dann nach Schritt 103 über, in welchem die Hauptroutine der Fig. 5 eine Unterroutine aufruft. Der Operationsablauf der Unterroutine ist in Fig. 6 dargestellt. Das vom Kurbelwinkelsensor 10 gelieferte Winkelsignal wird über die Zeitgabeschnittstelle 16 an den Mikrocomputer 26, als Unterbrechungssignal der Prozedur der Abarbeitung des Programms, übermittelt, das in Schritt 101 benutzt wird. Das Einstellen des Zylinderidentifikationssignals und das Aufwärtszählen der Kurbelwinkelimpulse gemäß Schritt S2 der Fig. 6 wird als Interruptbearbeitung durchgeführt.

In Schritt S1 der Fig. 6 wird ein vorbestimmter Wert P1 zur Entscheidung über das Vorliegen einer Fehlzündung aus dem Speicher 28 ausgelesen. In Schritt S2 wird das Unterbrechungssignal des vom Kurbelwinkelsensor 10 gelieferten Einheitswinkelimpulses abgewartet. Der vom Zähler gezählte Wert wird bei jedem Ansteigen des Einheitswinkels inkrementiert. In Schritt S3 wird ein Vergleich zwischen dem in der Hauptroutine der Fig. 5 eingegebenen Vergleichswert des Zählers und dem in Schritt S2 gezählten Wert durchgeführt und der Takt zur Messung des Druckes bestimmt. Wenn bei diesem Vergleich der gezählte Wert mit dem Vergleichswert übereinstimmt, geht das Programm nach Schritt S4 über, in welchem die A/D-Umsetzung beginnt und der Druck gemessen wird.

In Schritt S5 wird das Ende der A/D-Umsetzung abgewartet, und nach Ende derselben geht das Programm nach Schritt S6 über. In Schritt S6 wird ein Vergleich zwischen dem Druckwert P2, der vom Analogwert in den Digitalwert umgewandelt wurde, und einem Fehlzündungskriterienwert P1 durchgeführt, und es erfolgt eine Entscheidung auf der Basis der Gleichung (1). Ergibt die Entscheidung das Vorliegen einer Fehlzündung, geht das Programm nach Schritt S8 über und im Speicher 28 wird eine Fehlzündungsmarke gesetzt. Fällt die Entscheidung dahingehend aus, daß keine Fehlzündung vorliegt, geht das Programm nach Schritt S7 über und die Fehlzündungsmarke wird gelöscht.

Wie oben erwähnt, kehrt das Programm nach Entscheidung über die Fehlzündung nach Schritt 104 der Hauptroutine der Fig. 5 zurück. In Schritt 104 wird, wie in Schritt 102, der A/D-Umsetzer an den zweiten Zylinder 2 angeschlossen und der eingestellte Kurbelwinkel zur Messung des Druckes auf den Wert 220 eingestellt, der für den zweiten Zylinder festgesetzt ist. Als nächstes wird in Schritt 103 die oben erwähnte Unterroutine gelesen und der in Fig. 6 dargestellte Programmablauf wird durchgeführt, wobei die Entscheidung über eine Fehlzündung im zweiten Zylinder gefällt wird.

Wie bei der vorhergehenden Prozedur wird in Schritt 105 der erste Zylinder 1 zugewiesen, während in Schritt 106 der dritte Zylinder 3 zugewiesen wird. In Schritt 103 wird die Fehlzündungsentscheidung gefällt. Die Fehlzündung wird in der Zündreihenfolge 4, 2, 1 und 3 beurteilt. Das Programm kehrt nach Schritt 101 zurück und die Fehlzündungsentscheidung wird wiederholt.

Als nächstes wird die zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Verbrennungswellenmuster im Motor ändert sich entsprechend der Laufbedingung desselben, wobei ein Beispiel dieser Änderung in Fig. 7 dargestellt ist. In Fig. 7 ist das normale Verbrennungswellenmuster zur Zeit hoher Ladung durch die voll ausgezogene Linie dargestellt, während das Fehlzündungswellenmuster durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Das normale Verbrennungswellenmuster zur Zeit schwacher Ladung ist durch die abwechselnd aus langen und kurzen Strichen bestehende Linie dargestellt, während das Fehlzündungswellenmuster durch die abwechselnd aus langen und kurzen Strichen bestehende Linie dargestellt ist.

Die Drücke im Zeitpunkt der Fehlzündung, welcher dem Punkt P bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel entspricht, bei dem die Fehlzündung erfaßt wurde, verändern sich mit dem Ladezustand des Motors und sind mit P1 und P11 bezeichnet, während die Drücke zur Zeit der normalen Verbrennung mit P2 und P21 bezeichnet sind.

Es ist also erforderlich, die Fehlzündungskriterien entsprechend der Laufbedingung des Motors zu ändern, wenn sich die Laufbedingungen ändern. Deshalb sieht die vorliegende Anmeldung die vorherige Speicherung einer Fehlzündungskriterienwerttabelle im Speicher 28 des Mikrocomputers 26 vor, die mit den in Fig. 8 wiedergegebenen Betriebszuständen übereinstimmt. Die Tabelle wird für das Fällen der Entscheidung entsprechend den Laufbedingungen eingelesen und verwendet.

Auf der Abszisse der Fig. 8 ist die Anzahl der Umdrehungen N bei einer Unterteilung in N1, N2 und N3 abgetragen. Die Umdrehungszahl wird durch Messen der Zeitdauer zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln aus dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 10 erfaßt. Die Ordinate hat einen Parameter als Variable, der die Ladung des Motors anzeigt. Gemäß Fig. 8 wird die durch einen nicht dargestellten Luftstrommesser gemessene Ansaugluftmenge Q1 herangezogen, wobei der Parameter in Q1, Q2 und Q3 unterteilt ist. Durch die genannten Teilungen wird ein Raster gebildet, und gemäß jedem der Felder wird ein Fehlzündungskriterienwert einem Speicher P_n,q zugeteilt, wobei n und q die Unterteilungszahl der Abszisse und der Ordinate bedeuten. Die Flußdiagramme für die Fehlzündungserfassung sind die gleichen wie die zuvor in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten Diagramme. Der Ablauf gemäß Fig. 5 bleibt unverändert, so daß eine Erläuterung entfällt.

Was den Ablauf der Fig. 6 anbetrifft, wird in Schritt S1 der Fehlzündungskriterienwert durch Überprüfen der Tabelle der Fig. 8 entsprechend dem Laufzustand gelesen, der durch die Umdrehungszahl N und die Ansaugluftmenge Q bestimmt ist. In Schritt S6 wird die Tabelle im Rahmen der Formel für den Fehlzündungskriterienwert benutzt. Die übrigen Programmschritte sind die gleichen wie im früheren Falle. Wie bereits gesagt, erfolgt die Erfassung der Fehlzündung exakt durch den der Laufzustandsänderung entsprechenden Fehlzündungskriterienwert, selbst wenn sich der Laufzustand des Motors gemäß Fig. 7 verändert.

Weiter wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die Ansaugluftmenge als Ordinatenparameter in Fig. 8 benutzt. Dieser Parameter kann aber durch den Öffnungsgrad des Drosselventils, welches die Ansaugluftmenge regelt, oder durch den Ansaugleitungsdruck ersetzt werden. Der Fehlzündungskriterienwert kann entsprechend der Zündzeitgabe der nicht dargestellten Zündmittel der Kraftstoffmischung geändert werden. Das Zündwinkelerfassungsmittel ist so beschaffen, daß es Impulse für jede Winkeleinheit ausgibt. Diese Vorgehensweise kann durch Ausgeben eines Bezugspositionsimpulses bei jeder Bezugsposition des Kurbelwinkels ersetzt werden (beispielsweise bei 40, 220, 400, und 580°), wie in Fig. 5 angegeben. Weiter kann das Umdrehungszahlerfassungsmittel die Zündperiode der Zündspule der Zündmittel messen, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.

Wie erläutert, wird bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Entscheidung über die Fehlzündung getroffen, wenn der Zylinderinnendruck bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes unter einem vorbestimmten Wert liegt. Es ist daher nicht erforderlich, den Spitzenwert des Druckes zu messen, wie das bei der konventionellen Methode der Fall ist. Die Fehlzündungserfassungseinrichtung wird also vereinfacht. Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung ändert sich der Kriterienstandard mit dem Ladezustand des Motors. Daher kann trotz des Ladezustandes des Motors eine optimale Entscheidung gefällt werden.

Claims (2)

1. Fehlzündungserfassungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Komponenten aufweist:
Druckerfassungmittel zur Erfassung des Zylinderinnendruckes;
Kurbelwinkelerfassungsmittel zur Erfassung des Kurbelwinkels; und
Fehlzündungserfassungsmittel, die einen Betriebsfall als Fehlzündung wertet, wenn der Zylinderinnendruck bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel hinter dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes eines Motorverbrennungszyklus unter einem vorbestimmten Wert liegt.

2. Fehlzündungserfassungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter folgende Komponenten aufweist:
Ladungserfassungsmittel zur Erfassung des Ladezustandes des Motors und
Umdrehungserfassungsmittel zur Erfassung der Umdrehungszahl des Motors;
wobei ein vorbestimmter Wert als Kriterienwert für die Fehlzündungserfassungsmittel benutzt wird, der durch die Kombination der Ladungserfassungsmittel und der Drehzahlerfassungsmittel bestimmt wird.