DE4410063A1 - Verbrennungsmotorsteuervorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsmotor­ steuervorrichtung, die den Verbrennungszustand in dem Ver­ brennungsmotor auf der Grundlage eines nach der Verbrennung von einem Zylinder erfaßten Ionenstromwertes bestimmt, so daß die Steuerparameter des Verbrennungsmotors gemäß dem bestimmten Verbrennungszustand eingestellt werden. Insbe­ sondere betrifft die Erfindung eine Verbrennungsmotor­ steuereinrichtung, die Steuerparameter gemäß den Bestim­ mungsergebnissen des Ionenstromwerts über eine Rückkopplung steuert, so daß der Verbrennungszustand in dem Verbren­ nungsmotor ohne Kostensteigerung verbessert wird.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Konstruktion einer herkömmlichen Verbrennungsmotorsteuervorrichtung zeigt. Eine solche Vorrichtung findet nur bei einigen hochwertigen Automobilen Verwendung.

Unter Bezug auf Fig. 3 weist die herkömmliche Verbren­ nungsmotorsteuervorrichtung folgendes auf: eine Winkelerfassungseinrichtung 10, die beispielsweise aus einer rotierenden Scheibe besteht und mit der Drehung des Verbrennungsmotors so synchronisiert ist, daß ein pulsierendes Bezugspositionssignal TR zur Angabe der Bezugsposition jedes der Zylinder in Entsprechung zu einem vorbestimmten Kurbelwinkel erzeugt wird; verschiedene Arten von Sensoren 20 zum Erfassen des Antriebszustands D, der die auf den Verbrennungsmotor wirkende Last angibt, wie z. B. die Luftströmungsrate (Drosselrate), die Drehzahl, die Ansaugtemperatur u. ä.; eine Ionenstromerfassungs­ einrichtung 30 zum Messen der durch die Verbrennung der Zylinder erzeugten Ionen, um den Ionenstromwert I zu erzeugen; einen Zylinderinnendrucksensor 40, der für jeden Zylinder vorgesehen ist, um den Zylinderinnendruck Pc zu erfassen; sowie eine Steuereinrichtung 50 mit einem Mikrocomputer und ähnlichem.

Die Winkelerfassungseinrichtung 10 zum Erzeugen eines Bezugspositionssignals TR ist für die Kurbel- oder Nockenwelle eines Verbrennungsmotors vorgesehen, so daß das Bezugspositionssignal eine vorbestimmte Bezugsposition angibt, die dem Kurbelwinkel (dem Drehwinkel der Kurbel­ welle) entspricht. Die Bezugsposition wird als Bezug für die Zeitsteuerung für die Steuerparameter des Zündzeitpunkts oder ähnliche verwendet und ist allgemein beispielsweise auf B75° (75° vor dem oberen Totpunkt) und B5° usw. eingestellt.

Die Ionenstromerfassungseinrichtung 30 zum Abtasten von Ausfällen, beispielsweise von Fehlzündungen des Verbren­ nungsmotors, ist je nach Bedarf für alle oder nur für bestimmte Zylinder vorgesehen.

Unter Bezug auf Fig. 3 weist die Steuereinrichtung 50 folgendes auf: einen Steuerparameter-Einstellabschnitt 60 zum Berechnen von Steuerparametern für die Zündeinstellung oder ähnlichen für jeden Zylinder auf der Grundlage des Bezugspositionssignals TR und des Antriebszustand D sowie der berechneten Veränderungen der Steuerparameter gemäß dem Zylinderinnendruck Pc, um die resultierenden Steuer­ parameter Ta auszugeben; sowie eine Ionenstrom-Bestimmungs­ einrichtung 70 zum Vergleich des Ionenstromwerts I mit dem Bezugspegel gemäß dem Bezugspositionssignal TR und zum Bestimmen des Verbrennungszustands, z. B. einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor, um ein Bestimmungssignal c auszugeben.

Der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60 erzeugt Steuer­ parameter Ta, die beispielsweise die der Zündeinstellung entsprechende Steuerdauer angeben, und führt auch die folgenden Prozesse durch. Gibt das Bestimmungssignal C beispielsweise eine Fehlzündung an, dann führt der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60 an dem betroffenen, fehlzündenden Zylinder über die Erhöhung der Zündstrom­ versorgungsleistung oder ähnliches einen Fehlzündungs­ sperrprozeß sowie einen Prozeß zum Sperren der Abgabe von unverbranntem Gas durch, und zwar durch das Anhalten der Kraftstoffeinspritzung.

Der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60 verändert ferner die berechneten Steuerparameter so in Abhängigkeit von dem Zylinderinnendruck Pc, daß der Verbrennungszustand optimal ist, und gibt damit die resultierenden Steuerparameter Ta aus. Die Steuerparameter Ta weisen verschiedene Elemente auf, also nicht nur den Zündzeitpunkt, sondern auch den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Dauer der Versorgung der Zündspule mit Strom.

Fig. 4 zeigt den schematischen Aufbau der Zündung eines Verbrennungsmotors und enthält auch ein Schaltungsdiagramm, das die in Fig. 3 gezeigte Ionenstrom-Erfassungseinrichtung andeutet.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, weist der Verbrennungsmotor eine Zündspule 81 mit einer Primärwicklung 81a und einer Sekundärwicklung 81b, einen Leistungstransistor 82 zum Unterbrechen des Stroms i1, der an die Primärwicklung 81a durch den der Zündeinstellung entsprechenden Zündimpuls P geliefert wird, sowie eine Zündkerze 83 auf, die durch eine in der Sekundärwicklung 81b erzeugte Hochspannung entladen wird.

Die Ionenstrom-Erfassungseinrichtung 30 weist folgendes auf: eine Gleichstromversorgung 31 mit einer Spannung im Bereich von 100 V bis 200 V zur Entladung von Ionen, die in Form eines Ionenstroms i verwendet werden, der durch eine Entladungsexplosion in der Zündkerze 83 erzeugt wird; einen mit der Gleichstromversorgung 31 in Reihe geschalteten Widerstand 32 zum Umwandeln des Ionenstroms i in ein Span­ nungssignal; einen Ausgangsanschluß 33 zur Ausgabe des erfaßten Werts I des Ionenstroms i als Spannungssignal sowie eine Rückstrom-Verhinderungsdiode 34, die mit der Gleichstromversorgung 31 und dem Widerstand 32 parallelgeschaltet ist.

Der Ausgangsanschluß 33 zur Ausgabe des Ionenstromwerts I ist über eine (nicht gezeigte) Wellenformungsschaltung mit dem Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt 70 der Steuerein­ richtung 50 verbunden.

Wird aufgrund einer Fehlzündung in einem Zylinder, der in dem Zündzyklus kontrolliert werden soll, keine Entladungs­ explosion erzeugt, dann wird nach dem Zündzyklus eine anormale Explosion verursacht, die als Nachbrennen bezeichnet wird und durch die die Zylinder beschädigt oder der zur Beseitigung der Abgase verwendete Katalysator durch unverbrannte Gase in Mitleidenschaft gezogen werden könnte. Somit muß der Verbrennungszustand in jedem Zylinder erfaßt werden, und wird beispielsweise eine Fehlzündung festgestellt, dann müssen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um zum Schutz des Verbrennungsmotors weitere Fehlzündungen zu verhindern.

In Hinblick auf das oben Gesagte umfaßt eine herkömmliche Verbrennungsmotorsteuervorrichtung die Ionenstromerfas­ sungseinrichtung 30 zum Erfassen von in einem Zylinder erzeugten Ionen, in dem der Kraftstoff verbrennt, und zwar in Form eines Ionenstromes i. Allerdings läßt sich der Ionenstromwert I von der Ionenstrom-Erfassungseinrichtung 30 nur dazu verwenden zu bestimmen, ob eine Fehlzündung stattgefunden hat, sowie um herauszufinden, in welchem Zylinder der Kraftstoff verbrennt.

Um den optimalen Verbrennungszustand in dem Verbrennungs­ motor aufrechtzuerhalten, ist es beispielsweise auch erforderlich, den Zündzeitpunkt in Anpassung an den opti­ malen Kurbelwinkel nach dem Antriebszustand einzustellen und das Kraftstoffeinspritzvolumen so zu steuern, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem theoretischen Gemischverhältnis (14, 7) ist. Werden die Steuerparameter Ta der Zündeinstellung, das Kraftstoffeinspritzvolumen und ähnliche durch die oben erwähnte Steuerung (offene Schleife) eingestellt, dann kann der optimale Verbrennungszustand nicht zuverlässig aufrechterhalten werden.

Um den obengenannten Nachteil zu überwinden, umfaßt eine herkömmliche Verbrennungsmotorsteuervorrichtung einen Zylinderinnendrucksensor 40 zum Erfassen des Zylinder­ innendrucks Pc des Zylinders, in dem der Kraftstoff verbrennt. Der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60 vari­ iert die Steuerparameter Ta gemäß dem rückgekoppelten Zylinderdruck Pc im Verlauf des Verbrennens, so daß der Verbrennungszustand optimal ist. Allerdings ist der Zylinderinnendrucksensor 40 teuer, so daß die Kosten erhöht werden.

Nun wird der Betrieb der herkömmlichen Verbrennungsmotor­ steuereinrichtung unter Bezug auf Fig. 3-5 beschrieben.

Fig. 5 zeigt eine Wellenform, die den Ionenstrom i und den Zündimpuls P angibt, wobei der Primärstrom i1 der Zündspule 81 durch den Zündimpuls P abgeschaltet wird, so daß sich eine Entladungsexplosion in der Zündkerze 83 ergibt, die gezündet wird, so daß der Ionenstrom i verstärkt wird, während die Flamme wächst.

Im allgemeinen steuert beispielsweise der Steuerparameter- Einstellabschnitt 60 die Zündeinstellung über den folgenden Prozeß. Er stellt die Anstiegs- und Abfallzeiten des pulsierenden Bezugspositionssignals TR als Bezugsposition ein und findet auch die optimale Zündeinstellung nach dem Antriebszustand D unter Bezug auf die Werte in einer Liste mit den Zündeinstellungsdaten nach dem Antriebszustand D unter Bezug auf die Werte in der Liste und berechnet danach die Steuerdauer von der Bezugsposition bis zum Zündzeitpunkt, die als Steuerparameter Ta verwendet wird. Die oben erwähnte Liste mit den Zündeinstellungsdaten in Entsprechung zu dem Antriebszustand D wird experimentell oder auf andere Weise vorher erstellt und in einem (nicht gezeigten) Speicher der Steuereinrichtung 50 gespeichert.

Der Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt 70 identifiziert den Verbrennungszustand in jedem Zylinder in dem Zündzyklus auf der Grundlage des Bezugspositionssignals TR von der Winkelerfassungseinrichtung 10 und des Ionenstromwertes I von der Ionenstrombestimmungseinrichtung 30, und falls der Ionenstromwert I im Explosionsvorgang beispielsweise kleiner als der Schwellenwert ist, dann erzeugt der Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt 70 ein Bestimmungssignal c, das angibt, daß in dem betroffenen Zylinder eine Fehlzün­ dung stattgefunden hat.

Wird ein solches Bestimmungssignal C eingegeben, dann verändert der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60 den Steuerparameter Ta, so daß der betroffene Zylinder an einer Fehlzündung gehindert werden kann.

Genauer gesagt, die herkömmliche Verbrennungsmotorsteuer­ einrichtung erhöht die Zündenergie oder, mit anderen Worten, sie erhöht die Dauer der Zuführung des Primärstroms i1 zu der Zündspule 81, so daß die Zündung der Zündkerze 83 sichergestellt wird, oder aber sie macht das Luft- Kraftstoff-Gemisch fett oder mager, indem die Kraft­ stoffeinspritzdauer erhöht bzw. verkürzt wird, so daß festgestellt wird, ob sich eine solche Fehlzündung möglicherweise vermeiden läßt, indem das Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches verstellt wird. Wird der Fehlzündungszustand nicht durch eine Veränderung des Steuerparameters Ta verbessert, der zur Vermeidung von Fehlzündungen bestimmt ist, dann wird die Kraftstoffein­ spritzung zu dem fehlzündenden Zylinder unterbrochen, so daß verhindert wird, daß unverbranntes Gas abgegeben wird.

Die Zündung wird in den Zylindern allgemein durch den folgenden Prozeß durchgeführt. Wird der Leistungstransistor 82 durch den Zündimpuls P abgeschaltet, dann wird die negativ gepolte Hochspannung an die mit der Sekundär­ wicklung 81b verbundene Zündspule 83 angelegt, so daß eine Entladung über die Elektroden der Zündkerze 83 bewirkt wird, so daß das Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet wird. Eine solche Zündung bringt ferner eine explosive Verbrennung mit sich, so daß aufgrund der Ionisierungs­ tendenz in dem Explosionszylinder Ionen erzeugt werden. Gleichzeitig wird eine Vorspannung der Gleichstrom­ versorgung 31 an die Elektroden der Zündkerze 83 angelegt, die bereits entladen sind, und diese Elektroden erfüllen folglich die Funktion der Erfassung des Ionenstroms i.

Die resultierenden Ionen in dem Zylinder fließen durch die positiv gepolte Vorspannung der Gleichstromversorgung 31 als Ionenstrom i, und dieser Ionenstrom i wird durch den Widerstand 32 in den erfaßten Wert I umgewandelt, so daß er von dem Ausgangsanschluß 33 ausgegeben werden kann. Als Ergebnis bezieht sich der Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt 70 einfach auf einen Impuls, der durch Wellenformung des Ionenstromwerts I des Spitzenhaltewerts oder des Ionen­ stromwerts I erhalten wurde, der größer als der Schwellen­ wert ist, so daß bestimmt wird, ob die Zylinder in dem Zündzyklus zuverlässig gezündet sind.

Da der Pegel des Ionenstromwerts I in Abhängigkeit von dem Bezugspositionssignal TR variiert, wird der Vergleichs­ schwellenwert zum Bestimmen einer Fehlzündung ebenfalls gemäß dem Bezugspositionssignal TR geeignet verändert.

Der korrekte Verbrennungszustand kann nicht allein aus dem Ionenstromwert I, beispielsweise dem Spitzenwert des Ionenstromwerts I bestimmt werden, und daher lassen sich die geeigneten Steuerparameter Ta nicht einstellen.

Nun wird unter Bezug auf Fig. 6-8 im einzelnen die Beziehung zwischen den Steuerparametern Ta und dem Ionenstromwert I beschrieben.

Fig. 6 zeigt typische Wellenformen, die Spitzenwerte und Impulsbreiten der Ionenstromwerte angeben. I gibt die Ionenstromwerte im guten Verbrennungszustand und im Fehlverbrennungszustand an, die in durchgezogenen bzw. strichpunktierten Linien angegeben sind. Fig. 6 gibt auch einen Schwellenwert TH, einen Spitzenwert IP und eine Impulsbreite IW an.

Fig. 7 ist ein Kennliniendiagramm, das die Impulsbreite IW und den Spitzenwert IP in Abhängigkeit von dem Luft- Kraftstoff-Gemisch angibt. Aus Fig. 7 ist zu ersehen, daß der Spitzenwert IP sein Maximum bezüglich des theoretischen Gemischverhältnisses zeigt (14, 7), aber der Ionenstrom­ wert I ist einer Rauschkomponente überlagert, und damit wird beispielsweise der Spitzenwert IP fehlerhaft erfaßt. Im Ergebnis hat das Maximum des Spitzenwerts IP eine Tendenz zu Schwankungen, so daß die Zuverlässigkeit abnimmt. Die Impulsbreite IW zeigt auch ihr Maximum bezüglich des theoretischen Gemischverhältnisses, aber sie fällt ab, um dann wieder anzusteigen, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis mager ist.

Fig. 8 ist ein Kennliniendiagramm, das die Impulsbreite IW in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt angibt. Aus Fig. 8 ist zu ersehen, daß die Impulsbreite IW im wesentlichen ihr Maximum bei der optimalen Zündeinstellung MBT zeigt, aber abfällt, um dann wieder anzusteigen, wenn ein Klopfen oder ähnliches auftritt, wenn die Zündzeitpunktsteuerung mehr nach vorne verschoben ist.

Aus Fig. 7 und 8 ist deutlich zu verstehen, daß es bezüg­ lich der Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Zündzeitpunkte schwierig ist, die Steuerparameter durch eine Regelsystem alleine entweder aus dem Spitzenwert IP oder der Impulsbreite IW des Ionenstromwerts I zu verändern.

Deshalb ist der Zylinderinnendrucksensor 40 für jeden Zylinder vorgesehen, so daß die Steuerparameter über das Regelsystem in Abhängigkeit von dem Zylinderinnendruck Pc verändert werden. Allerdings erhöht, wie oben erwähnt, der Zylinderinnendrucksensor 40 die Kosten.

Wie oben beschrieben, verwendet die herkömmliche Verbren­ nungsmotorsteuervorrichtung die Ionenstrom-Erfassungsein­ richtung 30 und bestimmt den Verbrennungszustand auf der Grundlage des Spitzenwerts IP oder der Impulsbreite IW des Ionenstromerfassungswerts I. Obwohl also die Steuer­ vorrichtung in der Lage ist, Ausfälle, wie eine Fehlzündung zu bestimmen, kann sie nicht die spezifischen Verbren­ nungszustände, z. B. das theoretische Gemischverhältnis identifizieren, so daß sie nicht in der Lage ist, die Steu­ erparameter über das Regelsystem zu verändern.

Das obengenannte Problem läßt sich durch die Verwendung der Zylinderinnendrucksensoren 40 lösen, um die spezifischen Verbrennungszustände wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors zu erfassen, aber ein solches Verfahren führt zu Kostensteigerungen.

Demnach besteht zur Lösung der obengenannten Probleme die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Verbren­ nungsmotorsteuervorrichtung vorzusehen, die die Steuerparameter in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Bestimmung des Ionenstromwerts bestimmt, um den Verbrennungszustand ohne Kostenerhöhung zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe, ist eine Verbrennungsmotor­ steuervorrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist: eine Winkelerfassungseinrichtung zum Erzeugen eines Bezugs­ positionssignals, das eine vorbestimmte Kurbelwinkel­ position eines Zylinders eines Verbrennungsmotors angibt; eine Antriebszustands-Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Antriebszustands des Verbrennungsmotors; eine Ionen­ strom-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Ionenstroms in dem Zylinder, um einen Ionenstromwert zu erzeugen; einen Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt, um einen Spitzenwert des Ionenstromwerts sowie eine Impulsbreite des Ionenstromwerts zu erzeugen, die gleich oder größer als ein vorbestimmter Pegel sind, so daß der Spitzenwert und die Impulsbreite als erster bzw. zweiter bestimmter Wert ausgegeben werden; sowie einen Steuerparameter-Einstellabschnitt zum Einstel­ len eines Steuerparameters des Verbrennungsmotors auf der Grundlage des Bezugspositionssignals und des Antriebs­ zustands, wobei der Steuerparameter-Einstellabschnitt den Steuerparameter so verändert, daß das Produkt aus dem ersten und dem zweiten bestimmten Wert maximiert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel des Aufbaus des in Fig. 1 gezeigten Ionenstrom-Bestim­ mungsabschnitts zeigt.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel des Aufbaus einer herkömmlichen Verbrennungsmotorsteuer­ vorrichtung zeigt;

Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine typische, in Fig. 1 und 3 gezeigte Ionenstrom-Erfassungs­ einrichtung darstellt;

Fig. 5 zeigt eine Wellenform, die einen typischen Ionen­ strom angibt;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Spitzenwerte und die Impulsbreiten typischer Ionenstromwerte angibt;

Fig. 7 ist ein Kennliniendiagramm, das die Impulsbreite und den Spitzenwert des Ionenstromwerts bezüglich eines typischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses angibt; und

Fig. 8 ist ein Kennliniendiagramm, das die Impulsbreite des Ionenstromwerts bezüglich einer typischen Zündein­ stellung angibt.

Der Aufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben. Unter Bezug auf Fig. 1 sind eine Winkelerfassungseinrich­ tung 10, verschiedene Arten von Sensoren 20 und eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung 30 alle mit denen der in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Verbrennungsmotorsteuer­ vorrichtung identisch. Der Aufbau der Ionenstrom-Erfas­ sungseinrichtung 30 ist ähnlich wie derjenige der in Fig. 4 gezeigten.

Diese Ausführungsform weist die Winkelerfassungseinrichtung 10, die verschiedenen Arten von Sensoren 20, die Ionen­ strom-Erfassungseinrichtung 30 und die Steuereinrichtung 50A mit einem Mikrocomputer (CPU) auf.

Die Steuereinrichtung 50A weist folgendes auf: einen Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A zum Verändern der Steuerparameter, so daß das Produkt aus den bestimmten Werten CA und CB maximiert wird, wobei dieses Produkt der Wellenformfläche des Ionenstromwerts I äquivalent ist; sowie einen Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt 70A zum Erzeugen der bestimmten Werte CA und CB, die dem Spitzenwert IP bzw. der Impulsbreite IW des Ionenstromwerts I äquivalent sind, und zum Verwenden dieser Werte als Bestimmungsergebnisse.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist der Ionenstrom- Bestimmungsabschnitt 70A folgendes auf: eine Spitzenwerthalteschaltung 71 zum Erzeugen des Spitzenwerts IP des Ionenstromwerts I; einen A/D-Umsetzer 72 zur A/D- Umsetzung des Spitzenwerts IP und zur Ausgabe des bestimmten Werts CA; Spannungsteilerwiderstände 73 und 74 zum Erzeugen des als Vergleichsbezug verwendeten Schwellenwerts TH; einen Komparator 75 zum Vergleich des Ionenstromwerts I mit dem Schwellenwert TH, so daß die Wellenform des erfaßten Werts I, der größer als der Schwellenwert ist, als Rechteckwellensignal ausgegeben wird; einen Integrator 76 zur Spannungsumsetzung (Analogumsetzung) des Rechteckwellensignals, so daß die Impulsbreite IW erzeugt wird; sowie einen A/D-Umsetzer 77 zum A/D-Umsetzen der Impulsbreite IW und zur Ausgabe des bestimmten Werts CB.

Nun wird unter Bezug auf Fig. 1, 2, 4-8 der Betrieb dieser Ausführungsform erläutert.

Der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A in der Steuer­ einrichtung 50A berechnet den Steuerparameter auf der Grundlage des Bezugspositionssignals TR und des Antriebs­ zustands, um den resultierenden Parameter TA einzustellen. Er variiert auch den Steuerparameter in Abhängigkeit von dem Produkt der bestimmten Werte CA und CB.

Die Spitzenwerthalteschaltung 71 und der Integrator 76 in dem Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt 70A erzeugen den Spitzenwert IP bzw. die Impulsbreite PW, die beide zur Eingabe in den Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A in der Steuereinrichtung 50A durch die A/D-Umsetzer 72 bzw. 77 A/D-umgesetzt werden.

Der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A vergleicht zunächst den zu dem Spitzenwert IP äquivalenten, bestimmten Wert CA mit einem vorbestimmten Wert α und den zu der Impulsbreite I äquivalenten Wert IW mit einem vorbestimmten Wert β. Dann bestimmt er in Abhängigkeit davon, ob die Vergleichsergebnisse den folgenden Bedingungen genügen, ob der aktuelle Verbrennungszustand innerhalb eines vorbe­ stimmten Verbrennungsbereichs liegt:

CA < α
CB < β.

Bestätigt der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A, daß die Vergleichsergebnisse den beiden oben angegebenen Bedin­ gungen genügen, und stellt er fest, daß der aktuelle Verbrennungszustand innerhalb eines vorbestimmten Verbrennungsbereichs liegt, dann verändert er den Steuerparameter um einen vorbestimmten Wert, so daß das Produkt der bestimmten Werte CA und CB maximiert ist, d. h. die Wellenformfläche des Ionenstromwerts I im wesentlichen innerhalb des oben erwähnten Verbrennungsbereichs maximiert ist.

Dies läßt sich aus den folgenden Gründen leicht erreichen. Ist beispielsweise die Wellenform des in Fig. 6 gezeigten Ionenstromwerts I im allgemeinen dreieckig, dann läßt sich die Wellenformfläche durch den folgenden Ausdruck herausfinden: (Grundlinie × Höhe)/2; und falls die Wellenform des Ionenstromwerts I im allgemeinen trapezförmig ist, dann läßt sich die Wellenformfläche ähnlich durch den folgenden Ausdruck herausfinden: (die Summe der Längen der parallelen Seiten × Höhe)/2.

Ist der Steuerparameter TA das Kraftstoffeinspritzvolumen, d. h. beispielsweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dann verändert eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auch die Impulsbreite IW und den Spitzenwert IP, wie dies in Fig. 7 veranschaulicht ist. Der Steuerparameter- Einstellabschnitt 60A steuert damit den Steuerparameter TA über eine Rückkopplung, während gleichzeitig das Kraftstoffeinspritzvolumen von einer (nicht gezeigten) Einspritzpumpe schrittweise so gewählt wird, daß es um ein ziemlich kleines Volumen höher oder niedriger als die Werte in der Liste MA ist, so daß der Steuerparameter TA so eingestellt wird, daß das Produkt der bestimmten, dem Spitzenwert IP und der Impulsbreite IW äquivalenten Werte CA bzw. CB maximiert wird.

Ist der Steuerparameter TA die Zündzeitpunktseinstellung, dann verändert eine Änderung in der Zündeinstellung ebenso die Impulsbreite IW, was in Fig. 8 veranschaulicht ist. Der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A steuert damit den Steuerparameter TA über eine Rückkopplung, während gleichzeitig die Zündzeitpunktseinstellung der Zündspule 81 mehr als die Werte in der Liste MB um einen ziemlich kleinen Grad allmählich nach vorne oder hinten verschoben werden, so daß das Produkt der bestimmten Werte CA und CB maximiert wird.

Die oben erwähnten Listen MA und MB weisen die Kraftstoff­ einspritzvolumendaten bzw. die Zündeinstellungsdaten auf, die dem Antriebszustand D entsprechen. Sie werden vorher experimentell oder auf andere Weise erhalten und in einem (nicht gezeigten) Speicher der Steuereinrichtung 50A gespeichert.

Als Ergebnis wird der Verbrennungsmotor so gesteuert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder die Einstellung der Zündzeitpunkte optimal ist, so daß der optimale Verbrennungszustand durch das Regelsystem aufrechterhalten wird. Während der oben erläuterten Operation wird jeder Parameter (das Kraftstoffeinspritzvolumen, die Zündzeitpunkte usw.) verändert, und die bestimmten Werte CA und CB werden unabhängig von anderen individuellen Steuerparametern TA zurückgekoppelt.

Selbst wenn der Spitzenwert IP zufällig höher als ein vorbestimmter Wert α ist, da dem erfaßten Wert I ein Rauschen oder andere Elemente überlagert sind, bestimmt der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A auch, ob die Impulsbreite IW größer als ein vorbestimmter Wert β ist, so daß er nicht einer fehlerhaften Bestimmung des Verbren­ nungszustands unterliegt und die hohe Zuverlässigkeit weiter verbessert wird.

Bei dieser Ausführungsform wird der Steuerparameter durch das Regelsystem unter Verwendung der Ionenstrom-Erfas­ sungseinrichtung 30 verändert, die im allgemeinen für die Steuereinrichtung vorgesehen ist; damit ist es nicht erforderlich, die Komponenten der Steuervorrichtung mit der Steuereinrichtung 50A beispielsweise durch zusätzliche Sensoren zu belasten, so daß sich keine merkliche Kosten­ steigerung ergibt.

Diese Ausführungsform umfaßt auch einen Ionenstrom­ bestimmungsabschnitt 70A mit einer Spitzenwert- und einer Impulsbreiten-Erzeugungseinrichtung, in denen die dem Spitzenwert IP bzw. der Impulsbreite IW äquivalenten, bestimmten Werte CA und CB erzeugt werden, so daß der Aufbau des Ionenstrom-Bestimmungsabschnitts 70A, die Referenz zum Bestimmen des Verbrennungszustands oder ähnliches vereinfacht werden.

Der Ionenstrom-Bestimmungabschnitt 70A erzeugt zwar bei dieser Ausführungsform die bestimmten Werte CA und CB, die dem Spitzenwert IP bzw. der Impulsbreite IW äquivalent sind, aber der Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt 70A kann eine Berechnungseinrichtung, wie z. B. einen digitalen Signalprozessor (DSP) und Software aufweisen, so daß sich direkt ein integrierter Wert innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Kurbelwinkels (von R1 bis R2) der Wellenform des Ionenstromwerts I durch die Berechnung der folgenden Integration finden läßt, und der resultierende Wert kann als der bestimmte Wert CC verwendet werden:

CC = ∫I · dR.

Der oben erwähnte Bereich eines vorbestimmten Kurbelwinkels (von R1 bis R2), d. h. der Integrationsbereich, wird durch das Bezugspositionssignal TR von der Winkelerfassungs­ einrichtung 10 erhalten und etwa in einem Bereich zwischen dem OT (oberer Totpunkt) und A60° (60° nach dem OT zur Verzögerung der Zündeinstellung) eingestellt.

Der Steuerparametereinstellabschnitt 60A stellt den Steuerparameter TA so ein, daß der bestimmte Wert CC maximiert und insbesondere das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder die Zündeinstellung optimal sind, wobei also der optimale Verbrennungszustand durch das Regelsystem auf­ rechterhalten wird.

Obwohl der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A bei jeder der oben erwähnten Ausführungsformen ohne Bedingungen die bestimmten Werte CA und CB oder den bestimmten Wert CC des Ionenstromwerts I abruft, wobei diese Werte den Steuerparameter TA verändern, kann er zunächst die Zuverlässigkeit solcher bestimmten Werte über eine vorbestimmte Periode (einen Bereich zwischen einigen und einigen Dutzend Sekunden) sicherstellen, was einigen Dutzend Zyklen des Verbrennungsmotors äquivalent ist und dann die Rückkopplungssteuerung durchführen.

Der Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A berechnet beispielsweise die Streuung von wenigstens einem der bestimmten Wert CA und CB über die oben erwähnte Periode und führt die Rückkopplungssteuerung auf der Grundlage des bestimmten Werts durch, wenn der resultierende Abwei­ chungsbetrag ΔCA oder ΔCB ein vorbestimmter Betrag γ oder weniger ist. Nach diesem Verfahren läßt sich eine fehler­ hafte Steuerung durch den Steuerparameter-Einstellabschnitt 60A vermeiden, wenn der Spitzenwert I oder die Impulsbreite IW anormal verschoben sind.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist klar zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile bietet.

Der Steuerparameter wird so verändert, daß das Produkt der bestimmten Werte CA und CB maximiert wird, das der Wellen­ formfläche des Ionenstromwerts I äquivalent ist, und der Verbrennungszustand in dem Verbrennungsmotor wird korrekt bestimmt, so daß die Rückkopplungssteuerung des Steuer­ parameters TA ermöglicht und der Verbrennungszustand weiter verbessert werden, ohne daß sich höhere Kosten ergeben. Der Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt 70A kann auch teilweise aus einer einfachen Schaltung bestehen.

Claims (7)

1. Verbrennungsmotorsteuervorrichtung, gekennzeichnet durch:

• - eine Winkelerfassungseinrichtung (10) zum Erzeugen eines Bezugspositionssignals (TR), das eine vorbe­ stimmte Kurbelwinkelposition eines Zylinders eines Verbrennungsmotors angibt;
• - eine Antriebszustands-Erfassungseinrichtung (20) zum Erfassen des Antriebszustands des Verbrennungs­ motors;
• - eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung (30) zum Er­ fassen eines Ionenstroms in dem Zylinder, um einen Ionenstromwert (I) zu erzeugen;
• - einen Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt (70A), um einen Spitzenwert (IP) des Ionenstromwerts (I) so­ wie eine Impulsbreite (IW) des Ionenstromwerts (I) zu erzeugen, die gleich einem vorbestimmten Pegel sind oder darüberliegen, so daß der Spitzenwert (IP) und die Impulsbreite (IW) als erster bzw. zweiter bestimmter Wert ausgegeben werden; und
• - einen Steuerparameter-Einstellabschnitt (60A) zum Einstellen eines Steuerparameters (TA) des Ver­ brennungsmotors auf der Grundlage des Bezugsposi­ tionssignals und des Antriebszustands, wobei der Steuerparameter-Einstellabschnitt (60A) den Steuer­ parameter (TA) so verändert, daß das Produkt aus dem ersten und dem zweiten bestimmten Wert maxi­ miert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt (70A) eine Spitzenwert- Erzeugungsschaltung zum Erzeugen des Spitzenwerts (IP) des Ionenstromwerts (I) und eine Impulsbreiten-Erzeu­ gungseinrichtung zum Erzeugen der Impulsbreite (IW) des Ionenstromwerts (I) aufweist, die größer oder gleich einem vorbestimmten Pegel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenwert-Erzeugungseinrichtung eine Spitzenwerthal­ teschaltung (71) zum Erzeugen des Spitzenwerts (IP) des Ionenstromwerts (I) und einen A/D-Umsetzer (72) zum Um­ setzen des Spitzenwerts (IP) in einen digitalen Wert aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreiten-Erzeugungseinrichtung folgendes aufweist:

• - einen Spannungsteilerwiderstand (73, 74) zum Erzeu­ gen eines Schwellenwerts (TH);
• - einen Komparator (75) zum Vergleich des Ionenstrom­ werts (I) mit dem Schwellenwert (TH) und zum Erzeu­ gen eines Rechteckwellensignals des Ionenstromwerts (I), das größer als der Schwellenwert (TH) ist;
• - einen Integrator (76) zur Spannungsumsetzung des Rechteckwellensignals, so daß eine Impulsbreite er­ zeugt wird; sowie
• - einen A/D-Umsetzer (77) zum Umsetzen der Impuls­ breite (IW) in einen digitalen Wert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerparameter-Einstellabschnitt (60A) die Streuung von wenigstens einem der ersten und zweiten bestimmten Werte über einige Dutzend Zündzyklen des Verbrennungs­ motors berechnet und die Rückkopplungssteuerung auf der Grundlage der ersten und der zweiten bestimmten Werte durchführt, wenn der resultierende Abweichungsbetrag gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

6. Verbrennungsmotorsteuervorrichtung, gekennzeichnet durch:

• - eine Winkelerfassungseinrichtung (10) zum Erzeugen eines Bezugspositionssignals (TR), das eine vorbe­ stimmte Kurbelwinkelposition eines Zylinders eines Verbrennungsmotors angibt;
• - eine Antriebszustands-Erfassungseinrichtung (20) zum Erfassen eines Antriebszustands des Verbren­ nungsmotors;
• - eine Ionenstromerfassungseinrichtung (30) zum Er­ fassen eines Ionenstroms in dem Zylinder, um einen Ionenstromwert (I) zu erzeugen;
• - einen Ionenstrom-Bestimmungsabschnitt (70A) zum di­ rekten Integrieren des Ionenstromwerts (I,) ausge­ hend von einem oberen Totpunkt bis zu einem vorbe­ stimmten Winkel, auf der Grundlage des Bezugsposi­ tionssignals (TR), um den integrierten Wert als einen bestimmten Wert auszugeben; sowie
• - einen Steuerparameter-Einstellabschnitt (60A) zum Einstellen eines Steuerparameters des Verbrennungs­ motors auf der Grundlage des Bezugspositionssignals (TR) und des Antriebszustands, wobei der Steuerpa­ rameter-Einstellabschnitt (60A) den Steuerparameter so variiert, daß der bestimmte Wert maximiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerparameter-Einstellabschnitt (60A) die Streuung des bestimmten Werts über einige Dutzend Zyklen des Verbrennungsmotors berechnet und die Rückkopplungs­ steuerung auf der Grundlage des bestimmten Werts durch­ führt, wenn der resultierende Abweichungsbetrag gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.