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WO2000039555A1 - Verfahren zur erkennung von zündaussetzern an einer kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur erkennung von zündaussetzern an einer kolbenbrennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
WO2000039555A1
WO2000039555A1 PCT/EP1999/010041 EP9910041W WO0039555A1 WO 2000039555 A1 WO2000039555 A1 WO 2000039555A1 EP 9910041 W EP9910041 W EP 9910041W WO 0039555 A1 WO0039555 A1 WO 0039555A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
time
opening
value
valve
engine control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1999/010041
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Van Der Staay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FEV Motorentechnik GmbH and Co KG filed Critical FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Priority to JP2000591405A priority Critical patent/JP2002533622A/ja
Priority to US09/644,538 priority patent/US6425355B1/en
Publication of WO2000039555A1 publication Critical patent/WO2000039555A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/11—Testing internal-combustion engines by detecting misfire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/40—Methods of operation thereof; Control of valve actuation, e.g. duration or lift
    • F01L2009/4096—Methods of operation thereof; Control of valve actuation, e.g. duration or lift relating to sticking duration

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting misfires on a piston internal combustion engine with spark ignition and a motor control for controlling electromagnetic actuators for actuating the gas exchange valves, each of which has an electrical opening magnet and an electrical closing magnet.
  • Diagnostics placed high demands. This also includes misfire detection. Such a diagnosis has hitherto been implemented on the basis of an analysis of the rotational nonuniformity which is based on signals tapped from the crankshaft. However, this signal detection is not precise enough, since the rotational irregularity of the crankshaft, in particular on a motor vehicle, is not only dependent on anomalies in the combustion process, but also bumpy road surfaces have an influence here as disturbing factors.
  • the invention has for its object to provide a method with sufficient reliability that derives the signals from the combustion processes in the cylinder directly on the one hand, but on the other hand does not require a separate measuring circuit.
  • This object is achieved for piston internal combustion engines of the type described in the introduction in that the time difference between the opening time specified by the engine control and the actual opening time of an exhaust valve is recorded as an actual value, compared with a predetermined tolerance time difference as the target value and if the value falls below of this target value a signal is generated.
  • This method takes advantage of the fact that the pressure profile of the internal cylinder pressure with proper combustion differs significantly from the pressure profile with a misfire.
  • the electric closing magnet is de-energized via the motor control at a predetermined point in time, so that the biased opening spring assigned to the closing magnet moves the gas exchange valve in the opening direction.
  • a correspondingly high internal cylinder pressure builds up in the combustion chamber at the beginning of the exhaust stroke, which must be overcome by the opening spring just at the beginning of the valve opening, so that there is a corresponding time delay between the closing magnet being de-energized and the opening movement of the valve results.
  • the method can be implemented in that the actual start of movement of the exhaust valve during the opening stroke is detected via at least one sensor which is assigned to a movable part of the electromagnetic actuator connected to the exhaust valve. With this procedure, one can read directly from the course of the opening of the gas outlet valve, depending on the time, the information as to whether combustion has taken place or not. If the closing magnet of the electromagnetic actuator is de-energized, there is a delay in the moving part of the gas outlet valve. This is an effect of the fact that the gas outlet valve can only open from a pressure level defined essentially by the deflection of the opening spring and by the valve size and the cylinder pressure. This delay time is called
  • Actual value can be detected directly via a corresponding sensor on the electromagnetic actuator.
  • the path of the exhaust valve as a function of time is also influenced by delay times that occur during flight time. These result essentially from counterforces caused by the gas flowing out during the movement acting on the valve. If you now determine the one that is decisive for a proper combustion process If there is a delay between switching off the holding current at the closing magnet and the start of movement of the gas outlet valve depending on the control time and an assumed cylinder pressure, then the actual value derived from the delay times for proper combustion must not fall below a specifiable limit. If this is the case, however, there is a misfire.
  • the required sensor is expediently arranged on the actuator as a high-resolution displacement sensor, for example as an eddy current sensor, and detects, for example, the movement of the guide rod of the armature of the actuator.
  • a displacement sensor can already be present on an actuator for regulating the speed of impact of the armature on the pole faces of the magnets. The tapping of the actual value for the detection of misfires does not interfere with the current control for the actuator actuation via the motor control, since the actual value acquisition for this diagnosis is carried out on the first half of the valve movement, while the regulation of the energization of the catching opening magnet is carried out. rend the second half of the valve movement and thus also the
  • the change in the course of the voltage at the closing magnet of the actuator of the gas outlet valve is detected as a function of the time after the holding current has been switched off and a signal is triggered when a predetermined minimum value is exceeded.
  • the field conditions Due to the delayed detachment of the armature from the pole face, the field conditions have also changed changed so that the residual voltage in the coil of the closing magnet has dropped further and therefore the voltage increase is relatively small.
  • the armature can separate from the pole face earlier and at a higher speed, so that, on the one hand, the maximum voltage rise is reached earlier and, moreover, also reaches a higher value.
  • a corresponding signal can in turn be derived from the detectable voltage difference.
  • the method according to the invention has the advantages of a highly dynamic detection of misfires, i. H. the misfires can be detected individually for each cycle. Furthermore, cylinder-specific detection of the misfires.
  • Another advantage of the method is that no additional sensor is required, but the sensors already present on the actuators can be used to regulate the speed of impact, or the sensors that can already be detected in the engine control
  • Values for the voltage curve can be used.
  • the method according to the invention can be used in I-cycle methods, ie when individual cylinders are deactivated via the engine control under predefinable conditions. This is done by switching off the fuel supply to the cylinder and switching off the ignition, so that the piston internal combustion engine works with a reduced number of cylinders. In this mode of operation, the rotational irregularity is correspondingly high, so that misfires can no longer be detected.
  • the method can also be used for highly dynamic load jumps. The signal acquisition must be carried out anyway for a valve failure diagnosis and / or for the current control, so that the signals obtained can also be evaluated further within the computer of the electronic engine control. The invention is explained in more detail with reference to schematic drawings and diagrams. Show it:
  • FIG. 1 schematically shows an electromagnetically operated gas exchange valve (exhaust valve) of a piston internal combustion engine
  • Fig. 3 shows the course of the voltage on the closing magnet during the opening process.
  • a cylinder Z of a piston internal combustion engine with spark ignition is shown schematically.
  • the piston K is located in the area of the bottom dead center position shortly before the gas outlet valve 1 opens.
  • the outlet valve 1, which is also shown schematically, is actuated by an electromagnetic actuator 2.
  • the electromagnetic actuator 2 consists essentially of a closing magnet 3 and an opening magnet 4.
  • the two electromagnets 3, 4 are arranged at a distance from one another, so that an armature 6 fastened to a guide rod 5 can be moved between them against the force of return springs 7 and 8 .
  • the return spring 7 serves as an opening spring and the return spring 8 as a closing spring for the gas exchange valve 1.
  • the closing magnet 3 and the opening magnet 4 are energized via a motor control 9, in accordance with the load request which can be specified by an indicated accelerator pedal 10.
  • the engine speed 9 and the crank position are also recorded in the engine control 9, which are required for the control of the electromagnetic actuators of the gas exchange valves, the ignition, the fuel supply, etc.
  • the electromagnetic actuator 2 can also be connected to at least one sensor 11, via which the movement of the gas exchange valve, for example in the area of the armature 6 or above the closing magnet of the guide rod 5 of the armature 6 or directly on the shaft of the gas exchange valve 1 can be tapped, as indicated in Fig. 1.
  • the dash-dotted curve 12 shows the course of movement in normal combustion
  • the solid curve 13 shows the course of movement in the event of a misfire.
  • the residual field of the closing magnet is weakened to such an extent at time t 0 that the opening spring 7 can move the armature 6 with the gas exchange valve 1.
  • the period t A - t 0 essentially corresponds to the so-called gluing time.
  • armature 6 is released from the pole face of closing magnet 3 at time t x .
  • the gas outlet valve has traveled half the opening distance and is fully open at time t 3 .
  • the armature 6 rests on the pole face of the opening magnet 4.
  • the point in time t 2 can be detected via the sensor 11 shown in FIG. 1, the sensor, as described above, not necessarily having to be assigned to the armature 6, but can also be assigned to the guide rod 5, for example.
  • the middle position at time t 2 is known as a value with the accuracy required here. But so is also the time difference between ⁇ tj t 0 and t is the time difference .DELTA.t 2 between t 0 and t 2 ⁇ known and / or can be taken as the target value for the method.
  • the time differences ⁇ t vary, be it in relation to the actual opening start or in relation to the passage through the middle position, by a small amount, so that here for the target -Value
  • ⁇ t a lower limit must be specified. If, however, the value falls below this lower limit when the actual value is detected, this drop is then detected in the signal detection in the engine control system as a misfire and processed accordingly.
  • the Dashed curve 14 shows the voltage curve in the normal combustion process as a function of time
  • the solid curve 15 shows the voltage curve as a function of time in the event of a misfire.
  • the voltage initially drops to the value -U 0 in accordance with the remanence of the system.
  • the armature 6 starts to move at the time t x .
  • the voltage rises again due to the electro-inductive influences between the moving armature and the residual magnetism in the electromagnet until the armature is removed so far that it can no longer influence the weakening field and the voltage finally falls off.
  • This voltage maximum -U arises at a time t 5 .
  • the actuator in question is not provided with an automatic valve lash adjuster, then it is more appropriate to record the actual and target values via sensors, since due to the valve lash the reduction of the remaining field required for the detection after the voltage curve has progressed to such an extent that the differences in the curves in normal operation and misfiring no longer are clear enough to derive a perfect measured value.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und einer Motorsteuerung, zur Ansteuerung von elektromagnetischen Aktuatoren zur Betätigung der Gaswechselventile, das dadurch gekennzeichnet ist, dass jeweils als Ist-Wert die Zeitdifferenz zwischen dem durch die Motorsteuerung vorgegebenen Öffnungszeitpunkt und dem tatsächlichen Öffnungszeitpunkt eines Auslassventils erfasst, mit einer vorgegebenen Toleranzzeitdifferenz als Soll-Wert verglichen und bei Unterschreiten dieses Soll-Wertes ein Signal erzeugt wird.

Description

Bezeichnung: Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern an einer Kolbenbrennkraftmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und einer Motorsteuerung zur Ansteuerung von elektromagnetischen Aktuatoren zur Betätigung der Gaswechselventi- len, die jeweils einen elektrischen Öffnermagneten und einen elektrischen Schließmagneten aufweisen.
Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, sogenannten Ottomotoren, insbesondere wenn diese in Kraftfahrzeuge einge- baut sind, werden inzwischen an eine sogenannte On-Bord-
Diagnose hohe Anforderungen gestellt. Dazu gehört auch die Erkennung von Zündaussetzern. Die Umsetzung einer solchen Diagnose erfolgte bisher auf der Basis einer Analyse der Dre- hungleichförmigkeit die auf von der Kurbelwelle abgegriffene Signale gestützt ist. Diese Signalerfassung ist jedoch nicht genau genug, da die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle insbesondere an einem Kraftfahrzeug, nicht nur von Anomalien im Verbrennungsablauf abhängig ist sondern hier auch Fahrbahnunebenheiten als Störfaktoren einen Einfluß ausüben.
Nach einem anderen Verfahren wurde eine Ionenstrom-Messung an der Zündkerze vorgenommen und die hierbei erfaßten Werte zur Analyse verwendet. Bei diesem Verfahren können die Verbrennungsvorgänge unmittelbar im Zylinder erfaßt werden. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß jede Zündkerze mit einer entsprechenden Meßelektrode versehen und eine eigene Meßschaltung vorhanden sein muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit hinreichender Zuverlässigkeit zu schaffen, das auf der einen Seite jeweils die Signale von den Verbrennungsvorgängen im Zylinder unmittelbar ableitet, andererseits jedoch keine gesonderte Meßschaltung erfordert. Diese Aufgabe wird für Kolbenbrennkraftmaschinen der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils als Ist-Wert die Zeitdifferenz zwischen dem durch die Motor- Steuerung vorgegebenen Öffnungszeitpunkt und dem tatsächlichen Öffnungszeitpunkt eines Auslaßventiles erfaßt, mit einer vorgegebenen Toleranzzeitdifferenz als Soll-Wert verglichen und bei Unterschreiten dieses Soll-Wertes ein Signal erzeugt wird. Bei diesem Verfahren wird mit Vorteil ausgenutzt, daß der Druckverlauf des Zylinderinnendrucks bei ordnungsgemäßer Verbrennung sich signifikant vom Druckverlauf bei einem Verbrennungsaussetzer unterscheidet. Da der Zylinderinnendruck als Reibungsgröße den Ventilhub des als Feder-Masse-Schwingen ausgebildeten elektromagnetischen Aktuators zur Betätigung des Gasauslaßventils beeinflußt, kann über eine Auswertung der Ventilhubbewegung, ausgehend von der "Auslaß öffnet"- Steuerkante der Motorsteuerung, eine Aussage getroffen werden, ob eine Verbrennung stattgefunden hat.
Zum Öffnen des Gasauslaßventils wird über die Motorsteuerung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der elektrische Schließmagnet stromlos gesetzt, so daß die dem Schließmagneten zugeordnete, vorgespannte Öffnerfeder das Gaswechselventil in Öffnungsrichtung bewegt. Bei einer ordnungsgemäßen Verbrennung baut sich zu Beginn des Ausstoßhubes im Verbrennungsraum ein entsprechend hoher Zylinderinnendruck auf, der gerade zu Beginn der Ventilöffnung von der Öffnerfeder überwunden werden muß, so daß sich hier eine entsprechende Zeitverzögerung zwischen dem Stromlossetzen des Schließmagneten und dem Beginn der Öffnungsbewegung des Ventils ergibt.
Ist jedoch aufgrund eines Zündaussetzers keine Verbrennung erfolgt, ergibt sich zu Beginn des Ausstoßhubes ein entsprechend geringerer Zylinderinnendruck, so daß es der Öffnerfe- der gelingt, das Gaswechselventil merklich früher zu öffnen. Da die Motorsteuerung, die auch die elektromagnetischen Ak- tuatoren der einzelnen Ventile ansteuert, für eine Vielzahl von Steuersignalen auf zeitbasierten Abhängigkeiten aufbaut, besteht somit die Möglichkeit, im Rahmen der Motorsteuerung unmittelbar über eine Erfassung der Zeitdifferenz bei ordnungsgemäßer Verbrennung als Ist-Wert und bei einem Unterschreiten dieses Ist-Wertes bei einem Zündaussetzer ein ent- sprechendes Signal zu erzeugen, das im Falle von Zündaussetzern, die ohnehin sporadisch erfolgen, in einer der Motorsteuerung zugeordneten "Fehlerverwaltung" im Rahmen der On- Bord-Diagnose-Einrichtung erfaßt wird. Je nach der Gestaltung kann bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Zahl von festgestellten Zündaussetzern in einer vorgegebenen Zeitspanne ein entsprechendes Fehlersignal durch die On-Bord- Diagnose-Einrichtung ausgelöst werden, beispielsweise durch ein Signallicht am Armaturenbrett.
Die Umsetzung des Verfahrens kann in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erfolgen, daß über wenigstens einen Sensor, der einem mit dem Auslaßventil verbundenen bewegbaren Teil des elektromagnetischen Aktuators zugeordnet ist, der tatsächliche Bewegungsbeginn des Auslaß- ventils beim Öffnungshub erfaßt wird. Bei dieser Verfahrensweise kann man direkt aus dem Wegverlauf des sich öffnenden Gasauslaßventils in Abhängigkeit von der Zeit die Information ablesen, ob eine Verbrennung stattgefunden hat oder nicht. Wird der Schließmagnet des elektromagnetischen Aktuators stromlos gesetzt, dann ergibt sich eine Verzögerung des Bewegungsteils des Gasauslaßventils. Dies ist eine Auswirkung der Tatsache, daß das Gasauslaßventil erst ab einem im wesentlichen durch die Auslenkung der Öffnerfeder sowie durch die Ventilgröße und den Zylinderinnendruck definierten Druckni- veau öffnen kann. Diese Verzögerungszeit wird hierbei als
Ist-Wert unmittelbar über einen entsprechenden Sensor am elektromagnetischen Aktuator erfaßbar. Der Wegverlauf des Auslaßventils in Abhängigkeit von der Zeit wird darüber hinaus auch durch Verzögerungszeiten beeinflußt, die sich wäh- rend der Flugzeit einstellen. Diese resultieren im wesentlichen aus Gegenkräften, die durch das ausströmenden Gas während der auf das Ventil wirkenden Bewegung. Bestimmt man nun die für einen ordnungsgemäßen Verbrennungsablauf maßgebliche Verzögerung zwischen dem Abschalten des Haltestroms am Schließmagneten und dem Bewegungsbeginn des Gasauslaßventils in Abhängigkeit von der Steuerzeit und einem angenommenen Zylinderinnendruck, dann darf sich der aus den Verzögerungszei- ten bei einer ordnungsgemäßen Verbrennung abgeleitete Ist- Wert einen vorgebbaren Grenzwert nicht unterschreiten. Ist dies jedoch der Fall, ist ein Zündaussetzer gegeben. Der erforderliche Sensor ist zweckmäßig als hochauflösender Wegsensor, beispielsweise als Wirbelstromsensor am Aktuator ange- ordnet und erfaßt beispielsweise die Bewegung der Führungsstange des Ankers des Aktuators . Ein derartiger Wegsensor kann an einem Aktuator bereits für eine Regelung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers jeweils auf die Polflächen der Magnete vorhanden sein. Der Abgriff des Ist-Wertes für die Erkennung von Zündaussetzern stört jedoch über die Motorsteuerung erfolgende Stromregelung für die Aktuatorbetätigung nicht, da die Istwert-Erfassung für diese Diagnose auf der ersten Hälfte der Ventilbewegung durchgeführt wird, während die Regelung der Bestromung des fangenden Öffnermagneten wäh- rend der zweiten Hälfte der Ventilbewegung und damit auch der
Ankerbewegung erfolgt.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Veränderung des Verlaufs der Spannung am Schließmagneten des Aktuators des Gasauslaßventils in Abhängigkeit von der Zeit nach dem Abschalten des Haltestroms erfaßt wird und bei Überschreitung eines vorgegebenen Mindestwertes ein Signal ausgelöst wird. Bei dieser Verfahrensweise wird die Tatsache ausgenutzt, daß nach dem Abschalten des Haltestroms am Schließmagneten die Spannung zunächst absinkt, aber aufgrund elektro-induktiver Vorgänge wieder ansteigt, wenn sich der Anker von der Polfläche des Schließmagneten löst und in Bewegung setzt. Bei einem höheren Zylinderdruck, wie er bei ordnungsgemäßer Verbrennung gegeben ist, findet dieser Ablösevorgang langsamer statt. Damit verschiebt sich das Maximum dieses Anstiegs um eine entsprechende Zeitspanne. Durch das verspätete Ablösen des Ankers von der Polfläche haben sich auch die Feldverhältnisse inzwischen so verändert, daß die Restspannung in der Spule des Schließmagneten weiter abgefallen ist und daher der Spannungsanstieg verhältnismäßig gering ist. Ist jedoch aufgrund eines Zündaussetzers der Zylinderinnendruck geringer, dann kann sich der Anker früher und mit höherer Geschwindigkeit von der Polfläche lösen, so daß zum einen das Maximum des Spannungsanstieges früher erreicht wird und darüber hinaus auch einen höheren Wert erreicht. Aus der feststellbaren Spannungsdifferenz kann wiederum ein entsprechendes Signal abgeleitet wer- den.
Das Verfahren nach der Erfindung besitzt insgesamt die Vorteile einer hochdynamischen Erkennung von Zündaussetzern, d. h. die Zündaussetzer können zyklus-individuell erfaßt wer- den. Ferner ist eine zylinder-individuelle Erkennung von
Zündaussetzern möglich. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß kein zusätzlicher Sensor erforderlich ist, sondern die ohnehin an den Aktuatoren vorhandenen Sensoren zur Regelung der Auftreffgeschwindigkeit verwendet werden können oder aber die ohnehin in der Motorsteuerung erfaßbaren
Werte für den Spannungsverlauf eingesetzt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei I-Takt-Verfahren, d. h. .wenn über die Motorsteuerung unter vorgebbaren Bedingungen einzelne Zylinder deakti- viert werden, eingesetzt werden kann. Dies erfolgt durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr zum Zylinder und Abschaltung der Zündung, so daß die Kolbenbrennkraftmaschine mit reduzierter Zylinderzahl arbeitet. Bei dieser Betriebsweise ist die Drehungleichförmigkeit entsprechend hoch, so daß hierüber Zündaussetzer gar nicht mehr erkannt werden können. Das Verfahren kann auch bei hochdynamischen Lastsprüngen eingesetzt werden. Die Signalerfassung muß ohnehin für eine Ventilausfalldiagnose und/oder für die Stromregelung durchgeführt werden, so daß die anfallenden Signale zusätzlich im Rahmen des Rechners der elektronischen Motorsteuerung noch weiter ausgewertet werden können. Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen und Diagramme näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein elektromagnetisch betätigtes Gas- wechselventil (Auslaßventil) einer Kolbenbrenn- kraftmaschine ,
Fig. 2 den Bewegungsverlauf des Auslaßventils beim Öffnen,
Fig. 3 den Verlauf der Spannung am Schließmagneten beim Öffnungsvorgang.
In Fig. 1 ist schematisch ein Zylinder Z einer Kolbenbrenn- kraftmaschine mit Fremdzündung dargestellt. Der Kolben K be- findet sich im Bereich der unteren Totpunktstellung kurz vor dem Öffnen des Gasauslaßventils 1. Das ebenfalls schematisch dargestellte Auslaßventil 1 wird über einen elektromagnetischen Aktuator 2 betätigt. Der elektromagnetische Aktuator 2 besteht im wesentlichen aus einem Schließmagneten 3 und einem Öffnermagneten 4. Die beiden Elektromagnete 3, 4 sind mit Abstand zueinander angeordnet, so daß zwischen ihnen ein an einer Führungsstange 5 befestigter Anker 6 gegen die Kraft von Rückstellfedern 7 und 8 bewegbar ist. Die Rückstellfeder 7 dient hierbei als Öffnerfeder und die Rückstellfeder 8 als Schließfeder für das Gaswechselventil 1. Schließmagnet 3 und Öffnermagnet 4 werden über eine Motorsteuerung 9 bestromt, entsprechend dem durch ein angedeutetes Gaspedal 10 vorgebbaren Lastwunsch. In der Motorsteuerung 9 werden neben einer Vielzahl von anderen Meßdaten auch die Motordrehzahl n sowie die Kurbelstellung erfaßt, die für die Ansteuerung der elektromagnetischen Aktuatoren der Gaswechselventile, der Zündung, der Kraftstoffzufuhr etc. benötigt werden.
Der elektromagnetische Aktuator 2 kann ferner noch mit wenig- stens einem Sensor 11 verbunden sein, über den die Bewegung des Gaswechselventils beispielsweise im Bereich des Ankers 6 oder oberhalb des Schließmagneten von der Führungsstange 5 des Ankers 6 oder auch unmittelbar am Schaft des Gaswechsel- ventils 1 abgegriffen werden kann, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist.
In Fig. 2 ist schematisch der Bewegungsverlauf das Auslaßven- tils beim Öffnungsvorgang dargestellt. Die strichpunktierte Kurve 12 zeigt hierbei den Bewegungsverlauf bei normalen Verbrennung, während die ausgezogene Kurve 13 den Bewegungsverlauf bei einem Zündaussetzer darstellt.
Nach dem Abschalten des Haltestroms über die Motorsteuerung zum Schließmagneten 3 zum Zeitpunkt tA ist das Restfeld des Schließmagneten zum Zeitpunkt t0 soweit abgeschwächt, daß die Öffnerfeder 7 den Anker 6 mit dem Gaswechselventil 1 bewegen kann. Der Zeitraum tA - t0 entspricht im wesentlichen der so- genannten Klebzeit.
Wie die Kurve 12 für einen normalen Verbrennungsablauf erkennen läßt, löst sich zu einem Zeitpunkt tx der Anker 6 von der Polfläche des Schließmagneten 3. Zum Zeitpunkt t2 hat dann das Gasauslaßventil den halben Öffnungsweg zurückgelegt und ist zum Zeitpunkt t3 vollständig geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Anker 6 an der Polfläche des Öffnermagneten 4 an.
Der Zeitpunkt t2 kann über den in Fig. 1 dargestellten Sensor 11 erfaßt werden, wobei der Sensor, wie vorstehend beschrieben, nicht zwangsläufig dem Anker 6 zugeordnet sein muß, sondern beispielsweise auch der Führungsstange 5 zugeordnet sein kann.
Wie aus dem Verlauf der Kurve 13 ersichtlich, löst sich bei einem Zündaussetzer aufgrund der eingangs beschriebenen Verhältnisse' der Anker 6 von der Polfläche des Schließmagneten 3 zu einem früher liegenden Zeitpunkt t'r Der halbe Öffnungs- weg ist dann bereits zu dem entsprechend früher liegenden
Zeitpunkt t'2 durchlaufen und die Öffnungsstellung ebenfalls zu dem früher liegenden Zeitpunkt t'3 erreicht. Wie ein Vergleich der beiden Kurven 12 und 13 erkennen läßt, wird die Bewegung des Gasauslaßventils beim Öffnungsvorgang durch Gegenwirkung der die Gasströmung bei einem Zündaussetzer weniger abgebremst, so daß die Ankergeschwindigkeit nach dem Zurücklegen des halben Hubweges signifikant höher liegt und der halbe Hubweg zu einem früheren Zeitpunkt t ' 2 durchlaufen wird. Da die elektrischen, elektromagnetischen und mechanisch-dynamischen Eigenschaften des Aktuators sowie die Strömungseinflüsse hinreichend bekannt sind, ist auch der Be- wegungsbeginn zum Zeitpunkt t: bzw. der Durchgang durch die
Mittellage zum Zeitpunkt t2 in der hier erforderlichen Genauigkeit als Wert bekannt. Damit ist aber auch die Zeitdifferenz Δtj zwischen t0 und tλ und/oder die Zeitdifferenz Δt2 zwischen t0 und t2 bekannt und kann als Soll-Wert für das Verfahren zugrunde gelegt werden.
Erfolgt nun ein Zündaussetzer, dann wird über den Sensor 11 der Bewegungsbeginn oder auch der Durchgang durch die Mittellage zum Zeitpunkt t^ bzw. zum Zeitpunkt t'2 erfaßt. Die Zeitdifferenz Δ't,^ zwischen t0 und t' bzw. Δ't2 zwischen t0 und t'2 ist dann aufgrund der vorstehend beschriebenen anderen Druck- und Strömungsverhältnisse entsprechend kürzer. Diese kürzere Zeitdifferenzen Δt ' können dann als Ist-Wert zugrunde gelegt werden.
Da nun der motorische Betrieb selbst bei ordnungsgemäßem Verbrennungsablauf nicht immer gleichbleibend ist, variiert die Zeitdifferenzen Δt, sei es bezogen auf den tatsächlichen Öffnungsbeginn, sei es bezogen auf den Durchlauf durch die Mit- tellage, um ein geringes Maß, so daß hier für den Soll-Wert
Δt ein unterer Grenzwert vorgegeben werden muß. Wird jedoch dieser untere Grenzwert bei der Erfassung des Ist-Wertes unterschritten, wird diese Unterschreitung dann in der Signalerfassung bei der Motorsteuerung als Zündaussetzer detektiert und entsprechend verarbeitet.
In Fig. 3 ist der eingangs beschriebene Verlauf der Spannung am Schließmagneten 3 beim Öffnungsvorgang dargestellt. Die gestrichelte Kurve 14 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit den Spannungsverlauf beim normalen VerbrennungsVorgang, während die ausgezogene Kurve 15 den Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der Zeit im Falle eines Zündaussetzers darstellt.
Wird, wie vorstehend beschrieben, am Schließmagneten 3 der getaktete Haltestrom zum Zeitpunkt tA abgeschaltet, fällt die Spannung entsprechend der Remanenzen des Systems zunächst bis auf den Wert -U0 ab. Sobald dann der Strom soweit abgeflossen ist, daß die Öffnerfeder 7 die Kraft des Restfeldes zum Zeitpunkt t: überwinden kann, setzt sich der Anker 6 zum Zeitpunkt tx in Bewegung. Die Spannung steigt aufgrund der elek- tro-induktiven Einflüsse zwischen dem sich in Bewegung setzenden Anker und dem Restmagnetismus im Elektromagneten wie- der an, bis der Anker so weit entfernt wird, daß er im sich abschwächenden Feld keinen Einfluß mehr bewirken kann und die Spannung endgültig abfällt. Dieses Spannungsmaximum -U: ergibt sich zu einem Zeitpunkt t5.
Da beim einem Zündaussetzer sich der Anker sehr viel früher in Bewegung setzt und zwar zum Zeitpunkt t ' l f zu diesem Zeitpunkt das Restfeld im Elektromagneten deutlich höher ist, ist auch der elektro-induktive Einfluß des sich in Bewegung setzenden Ankers spürbar höher, so daß der durch die Ankerbewe- gung verursachte Spannungsanstieg mit seinem Maximum U2 deutlich höher ist und zeitlich früher, nämlich zum Zeitpunkt t'5 erreicht wird. Nach diesem Zeitpunkt ist dann der Stromabfall sehr viel stärker, da sich, wie vorstehend bereits ausführlich erläutert, der Anker sehr viel schneller vom Haltemagne- ten 3 wegbewegt.
Wie Fig. 3 erkennen läßt, wird nun bei einem Zündaussetzer nach dem Abschalten des Haltestroms das Maximum -U2 für den Spannungsanstieg früher, d. h. zum Zeitpunkt t'5 erreicht. Dieses Maximum überschreitet aber den Mindestwert -Ul so daß auch hier bei Überschreitung eines vorgebbaren Mindestwertes für -Uj als Soll-Wert durch einen Ist-Wert entsprechend -U2 ein entsprechendes Signal einen Zündaussetzer anzeigt. Auch bei der Zündaussetzererkennung über den Spannungsverlauf wird man über die nicht zu vermeidenden Schwankungen für den als Soll-Wert vorgebbaren Mindestwert -O1 eine entsprechende Toleranzobergrenze für den Soll-Wert vorgeben, so daß erst bei Überschreitung dieses Soll-Wertes ein Zündaussetzer erkannt wird.
Wie der unterschiedliche Verlauf der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit beim Normalbetrieb einerseits (Kurve 14) und bei einem Zündaussetzer (Kurve 15) zeigt, kann hier außer der Spannungsdifferenz zwischen -U- und -U2 als Sollwert-Vorgabe auch die Differenz zwischen -Umin und -U vorgegeben werden. Wir der Istwert der Spannungsdifferenz zwischen -U: und -Umin überschritten und erreicht beispielsweise den Differenzwert zwischen -U2 und -Umin, dann kann auch hier auf einen Zündaussetzer gescshlossen werden.
Auch durch das Erfassen der Zeitdifferenz zwischen t0 und t5 einerseits, wenn im Normalbetrieb das Spannungsmaximum -Ux erreicht ist und der Zeitdifferenz zwischen t0 und t ' 5/wenn das Spannungsmaximum -U2 erreicht ist, bietet ebenso eine Möglichkeit, einen Zündaussetzer zu detektieren.
Die vorbeschriebenen Bewegungskurven entsprechend Fig. 2 und Spannungskurven entsprechend Fig. 3 gehen immer davon aus, daß das System Anker-Gaswechselventil spielfrei ist, was beispielsweise dann gegeben ist, wenn ein derartiges System mit einem automatischen Ventilspielausgleich versehen ist.
Sollte der betreffende Aktuator nicht mit einem automatischen Ventilspielausgleich versehen sein, dann ist die Erfassung der Ist- und Sollwerte über Sensoren zweckmäßiger, da aufgrund des Ventilspiels der Abbau des für die Erfassung nach dem Spannungsverlauf benötigten Restfeldes schon so weit fortgeschritten ist, daß die Unterschiede in den Kurvenverläufen bei Normalbetrieb und bei Zündaussetzern nicht mehr deutlich genug sind, um hier einen einwandfreien Meßwert abzuleiten.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Fremdzündung und einer Motorsteu- rung, zur Ansteuerung von elektromagnetischen Aktuatoren zur Betätigung der Gaswechselventile, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils als Ist-Wert die Zeitdifferenz zwischen dem durch die Motorsteuerung vorgegebenen Öffnungszeitpunkt und dem tatsächlichen Öffnungszeitpunkt eines Auslaßventils erfaßt, mit einer vorgegebenen Toleranzzeitdifferenz als Soll-Wert verglichen und bei Unterschreiten dieses Soll-Wertes ein Signal erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Sensor, der einem mit dem Auslaßventil verbundenen bewegbaren Teil des elektromagnetischen Aktuators zugeordnet ist, der tatsächliche Bewegungsbeginn des Auslaßventils beim Öffnungshub erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Verlaufs der Spannung U am Schließmagneten des Aktuators des Gasauslaßventils in Abhängigkeit von der Zeit nach dem Abschalten des Haltestroms erfaßt wird und bei Überschreitung eines vorgegebenen Spannungs-Mindestwertes für den Sollwert U: ein Signal ausgelöst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Vorgabe eines Mindest-Spannungswertes eine Mindest- Spannungsdifferenz als Sollwert vorgegeben wird.
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