DE102004057282B4 - Verbrennungsmotor-Diagnosesystem - Google Patents

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Abstract

Verfahren für die Motordiagnose unter Verwendung eines Ionisationssignals mit den folgenden Schritten, die während eines Verbrennungszyklus in einem Zylinder einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine ausgeführt werden: a. Ermitteln des Ionisationsstroms; b. Integrieren des Ionisationssignals über ein erstes Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Integrations-Ionisationswerts, wobei das erste Abtastfenster in der Zündphase liegt; c. Ermitteln eines Maximalwerts des Ionisationssignals im ersten Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Spitzen-Ionisationswerts; d. Integrieren des Ionisationssignals über ein zweites Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Integrations-Ionisationswerts, wobei das zweite Abtastfenster in der Nachzündungsphase liegt; e. Ermitteln eines Maximalwerts des Ionisationssignals im zweiten Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Spitzen-Ionisationswerts; f. Senden des ersten Integrations-Ionisationswerts und des ersten Spitzen-Ionisationswerts sowie des zweiten Integrations-Ionisationswerts und des zweiten Spitzen-Ionisationswerts an ein Motorsteuerungsmodul, g. Ausführen einer Motordiagnoseroutine.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Computersystem zur Diagnose und Steuerung von Verbrennungsmotoren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verbrennungsmotor-Diagnosesystem, bei dem die Motordiagnose anhand von Spitzenwerten und Integrationswerten eines Ionisationsstromsignals erfolgt.
  • Die Verbrennung eines Luft/Kraftstoff-Gemischs im Brennraum eines Verbrennungsmotors führt zu einer messbaren Ionenerzeugung. Wird eine Spannung an die Funkenstrecke einer Zündkerze angelegt, werden diese Ionen angezogen, und es wird ein Strom erzeugt. Durch diesen Strom wird ein als Ionisationsstromsignal IION bezeichnetes messbares Signal erzeugt. Das gemessene Ionisationsstromsignal IION kann zu Zwecken der Motordiagnose und der Verbrennungsregelung in einem Motorsteuerungsmodul (MSM) verarbeitet werden. Die im Brennraum eines Verbrennungsmotors erzeugten Ionisationsstromsignale können mit verschiedenen Verfahren gemessen und verarbeitet werden.
  • 3 zeigt eine Verarbeitungsschaltung für Ionisationsstromsignale gemäß dem Stand der Technik, bei der die Ionisationsstromsignale direkt abgetastet werden – zum Beispiel unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers 110 – und das abgetastete Ionisationsstromsignal IION anschließend in einem Mikroprozessor 120 verarbeitet wird. Mit dieser Schaltung werden die Ionisationsstromsignale bei jedem erfassten Kurbelwinkel der Kompressions- und Expansionshübe abgetastet. Die Signalverarbeitung und die Ausführung von Motordiagnoseroutinen erfolgt in einem separaten Mikroprozessor 120 der Schaltung, da Arbeitsgeschwindigkeit und der Speicher 140 des Hauptprozessors 130 des Motorsteuerungsmoduls (MSM) nicht ausreichen, um die Abtastrate des A/D-Wandlers 110 zu verarbeiten. Der Einsatz eines separaten Mikroprozessors 120 zur Verarbeitung der hohen Abtastrate erhöht die Fertigungskosten, und zwar insbesondere, da Arbeitsgeschwindigkeit und Speicher dieses Mikroprozessors zur Verarbeitung der Datenabtastungen des A/D-Wandlers 110 geeignet sein müssen.
  • Aus der DE 42 32 845 C2 ist eine Einrichtung zur Erfassung des Verbrennungszustandes in Verbrennungsmotoren bekannt. Diese Einrichtung umfasst eine Ionenstrom-Erfassungsschaltung, die in mehreren Zeitintervallen, die ein Zeitintervall enthalten, in dem der Zylinderinnendruck eines Zylinders des Motors in einem normalen Verbrennungszustand maximal ist, die Spannung auf der Seite der Sekundärwicklung einer Zündspule misst. Mittels einer Integrierschaltung wird die gemessene Spannung in den einzelnen Zeitintervallen integriert. Eine CPU bestimmt auf der Grundlage der integrierten Werte in den einzelnen Zeitintervallen und auf der Grundlage einer gespeicherten Verbrennungszustand-Kennzeichentabelle den Verbrennungszustand, um die Anzahl fehlerhafter Beurteilungen abzusenken und eine bessere Verbrennungszustand-Erfassung auszuführen.
  • Aus der DE 198 29 001 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung und Steuerung der Verbrennungsstabilität insbesondere bei Magergemisch-Motoren bekannt. Im Rahmen des Verfahrens werden für jede Verbrennungskammer erste und zweite Abfragefenster erzeugt und Ionenströme unter Verwendung der Zündkerze als Elektrode abgefragt. Als Antwort auf die Abfragen werden Anzeigen der Verbrennungsqualität, wie z. B. Fehlzündung, Spätverbrennung und Langsam- bzw. Dauer-Verbrennung erzeugt. Wenn der Motor in einem Magergemisch-Modus arbeitet, werden Korrekturen an dem Motor-Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung fett um einen Betrag durchgeführt, der von den Verbrennungsqualitätsanzeigen abhängt.
  • Aus der DE 44 10 063 C2 ist eine Verbrennungsmotorsteuervorrichtung bekannt, die einen Winkelerfassungsabschnitt zum Erzeugen eines Bezugspositionssignals umfasst, das eine vorbestimmte Kurbelwinkelposition eines Zylinders eines Verbrennungsmotors angibt. Die Vorrichtung erfasst einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors sowie den Spitzenwert eines Ionenstroms sowie die Impulsbreite des Ionenstroms in einem Zylinder und optimiert den Steuerparameter einer Rückkopplungssteuerung auf Grundlage des erfassten Bezugspositionssignals, des Antriebszustands sowie des Spitzenwerts des Ionenstroms und dessen Impulsbreite.
  • Auch aus der DE 100 08 553 A1 ist bekannt, dass ein zylinderinternes Ionenstrom-Sensor-Signal einer Brennkraftmaschine vorteilhaft ausgewertet werden können. Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung beschrieben, bei denen ausgehend von einem Signal des Ionenstrom-Sensors wenigstens eine Größe, die die Verbrennung in der Brennkraftmaschine charakterisiert, bestimmt wird. Weiterhin wird wenigstens eine Größe, die einen Verbrennungsbeginn und/oder eine Verbrennungsqualität charakterisiert, durch eine Aufbereitung des Signals erfasst.
  • Schließlich ist der DE 197 27 004 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern einer Brennkraftmaschine durch Erfassung des Ionenstromsignals zu entnehmen, wobei das Ionenstromsignal über einen vorgegebenen Zeitraum ab Entladung der Zündkerze erfasst, über der Zeit integriert, das Maximum des integrierten Signals mit einem drehzahl- und lastabhängigen Schwellenwert verglichen und ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn der Schwellenwert nicht überschritten wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Verarbeitung eines Ionisationsstromsignals aus dem Brennraum eines Verbrennungsmotors sowie zur Durchführung einer Motordiagnose.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung eines Ionisationssignals für die Motordiagnose, mit den folgenden Schritten: Ermitteln des Ionisationsstroms, Integrieren des Ionisationssignals über ein erstes Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Integrations-Ionisationswerts, Ermitteln eines Maximums des Ionisationssignals im ersten Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Spitzen-Ionisationswerts, Integrieren des Ionisationssignals über ein zweites Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Integrations-Ionisationswerts, Ermitteln eines Maximums des Ionisationssignals im zweiten Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Spitzen-Ionisationswerts, und Ausführen der Motordiagnoseroutine mit zumindest einer der folgenden Größen: erster Integrations-Ionisationswert, erster Spitzen-Ionisationswert, zweiter Integrations-Ionisationswert und/oder zweiter Spitzen-Ionisationswert.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren zur Ausführung einer Motordiagnoseroutine das Ausführen einer Motordiagnoseroutine in einem Anlassmodus und in einem Normalbetriebsmodus für mindestens zwei Zylinderbänke.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird für die Motordiagnoseroutine ein Computersystem eingesetzt, welches einen Prozessor und einen Speicher umfasst, wobei durch den Prozessor ein im Speicher gespeichertes Programm mit den folgenden Schritten ausgeführt wird: Ermitteln des Ionisationsstroms, Integrieren des Ionisationssignals über ein erstes Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Integrations-Ionisationswerts, Ermitteln eines Maximums des Ionisationssignals im ersten Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Spitzen-Ionisationswerts, Integrieren des Ionisationssignals über ein zweites Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Integrations-Ionisationswerts, Ermitteln eines Maximums des Ionisationssignals im zweiten Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Spitzen-Ionisationswerts und Ausführen der Motordiagnoseroutine mit zumindest einem der folgenden Werte: erster Integrations-Ionisationswert, erster Spitzen-Ionisationswert, zweiter Integrations-Ionisationswert und/oder zweiter Spitzen-Ionisationswert.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält ein computerlesbares Medium Inhalte, anhand derer ein Computersystem eine Motordiagnoseroutine ausführt. Das Computersystem weist ein Programm auf, welches folgende Schritte ausführt: Ermitteln des Ionisationsstroms, Integrieren des Ionisationssignals über ein erstes Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Integrations-Ionisationswerts, Ermitteln eines Maximums des Ionisationssignals im ersten Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Spitzen-Ionisationswerts, Integrieren des Ionisationssignals über ein zweites Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Integrations-Ionisationswerts, Ermitteln eines Maximums des Ionisationssignals im zweiten Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Spitzen-Ionisationswerts und Ausführen der Motordiagnoseroutine mit zumindest einem der folgenden Werte: erster Integrations-Ionisationswert, erster Spitzen-Ionisationswert, zweiten Integrations-Ionisationswert und/oder zweiter Spitzen-Ionisationswert. Der weitere Umfang der vorliegenden Erfindung wird aus der Beschreibung, der Ansprüche sowie den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung sowie die Ausführungsbeispiele lediglich zur Veranschaulichung dienen und sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beziehen. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an den bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung, den Patentansprüchen sowie den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • 1 zeigt ein Ionisationsstrom-Messsystem;
  • 2 zeigt ein Ionisationsspannungssignal;
  • 3 zeigt ein herkömmliches Motordiagnosesystem;
  • 4 zeigt ein Verbrennungsmotor-Diagnosesystem, bei dem Ionisationssignale verwendet werden;
  • 5 zeigt ein Ionisationssignalaufbereitungssystem;
  • 6 zeigt ein Ionisationsstromsignal, ein Ein/Aus-Steuersignal, ein Rückstell-Steuersignal und ein Zündladesignal;
  • 7 zeigt Maximalwertdetektions- und Integrations-Ionisationssignale mit Eingangsionisations- und Steuersignalen bei normaler Verbrennung;
  • 8 zeigt ein Motordiagnosesystem;
  • 9 ist ein Blockdiagramm einer Anlassmodus-Diagnoseroutine;
  • 10 ist ein Blockdiagramm einer Normalbetriebsmodus-Diagnoseroutine;
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ermittlung eines im Brennraum eines Verbrennungsmotors erzeugten Ionisationsstromsignals und die Verarbeitung des Ionisationsstromsignals zur Ausführung verschiedener Motordiagnoseroutinen, anhand derer Leistung und Betrieb des Motors ausgewertet werden.
  • Diese Beschreibung umfasst mehrere erfindungsgemäße Merkmale, die sich im Allgemeinen auf die Ermittlung und Verarbeitung eines Ionisationsstroms beziehen. Diese Merkmale können einzeln oder zusammen mit anderen beschriebenen Merkmalen eingesetzt werden.
  • Die sich in den Brennraum erstreckenden Zündkerzen eines Verbrennungsmotors können als Messgerät eingesetzt werden. Dies bietet den Vorteil, dass keine separaten Sensoren im Brennraum des Verbrennungsmotors angeordnet werden müssen.
  • Während des Verbrennungsvorgangs werden durch chemische Reaktionen in der Flammenfront verschiedene Ionen im Plasma erzeugt, zum Beispiel H3O+, C3H3 +, und CHO+. Diese Ionen können aufgrund ihrer relativ langen Lebensdauer gemessen werden. Indem eine Spannung an die Funkmessstrecke der Zündkerze angelegt wird, werden diese freien Ionen in den Bereich der Funkenstrecke gezogen, so dass ein Ionisationsstromsignal IION 100a–100n erzeugt wird.
  • Wie in 1 gezeigt wird, besteht ein Ionisationsstrom-Messsystem 280 aus einer Spule-auf-Kerze-Anordnung 281, die in jeder Spule eine Vorrichtung aufweist, mit dem eine Vorspannung an die Funkentrecke der Zündkerze (z. B. insbesondere an die Zündkerzenspitze) den Elektrodenabstand angelegt wird. Die Spule-auf-Kerze-Anordnung 281 ist mit einem Modul 282 verbunden, das ein Ionisationsstromsignal-Verarbeitungssystem umfasst.
  • Das Ionisationsstromsignal IION misst bei der Zündung und bei der Verbrennung die lokale Leitfähigkeit über die Funkenstrecke. Wie in 2 gezeigt wird, ändert sich das Ionisationsstromsignal IION während Zündung und Verbrennung. (Bei dem in 2 gezeigten Ionisationssignal handelt es sich um ein Ionisationsspannungssignal VION 205, das proportional zum während und nach der Zündung über der Funkenstrecke gemessenen Ionisationsstromsignal IION 100a–100n ist.) Die Signaländerungen können gemessen und mit dem Kurbelwinkel des jeweiligen Zylinders in unterschiedlichen Phasen des Verbrennungsvorgangs in Zusammenhang gebracht.
  • Das Ionisationsstromsignal IION 100a–100n weist in der Regel zwei Phasen auf: die Zünd- oder Funkenphase 220 und die Nachzündungs- oder Verbrennungsphase 230. In der Zündphase 220 wird die Zündspule geladen und dann entladen, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu entzünden. In der Nachzündungsphase 230 findet die Verbrennung statt. Die Nachzündungsphase 230 umfasst in der Regel zwei Phasen: die Flammenfrontphase und die Nach-Flammenfrontphase. In der Flammenfrontphase entwickelt sich die Flamme im Zylinder. Es handelt sich hierbei um die Phase der Flammenfrontbewegung während der Bildung des Flammenkerns. Unter idealen Bedingungen besteht die Flammenfrontphase aus einem einzigen Spitzenwert. Es hat sich gezeigt, dass in der Flammenfrontphase erzeugte Ionisationsstromsignal IION 100a–100n in engem Zusammenhang mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis steht. Die Nach-Flammenfrontphase steht in Zusammenhang mit der Temperatur- und Druckentwicklung im Zylinder. In der Nach-Flammenfrontphase wird ein Ionisationsstromsignal IION 100a–100n erzeugt, dessen Spitzenwert stark mit dem Punkt des maximalen Zylinderdrucks korreliert, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.
  • 2 zeigt ein aus der Bildung eines Ionisationsstroms in der Zündphase 220 und der Nachzündungsphase 230 resultierendes Ionisationsspannungssignal VION 205. Eine Vorspannung VVOR wird in der Vorzündungsphase 210, der Zündphase 220 und der Nachzündungsphase 230 an die Funkenstrecke der Zündkerzen angelegt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Vorspannung VVOR ca. 0,5 V. Für einen Fachmann ist ersichtlich, dass in Abhängigkeit von den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen auch eine höhere oder niedrigere Vorspannung VVOR angelegt werden kann.
  • In 2 werden außerdem die Phasen des Ionisationsstroms in der Zündphase 220 und der Nachzündungsphase 230 gezeigt. In der Zündphase 220 wird eine Zündspule geladen und dann entladen, so dass eine Bogenentladung über die Funkenstrecke stattfindet, wodurch das Luft/Kraftstoff-Gemisch im Zylinder gezündet wird. Nach der Zündphase 220 werden während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs erzeugte Ionen (z. B. H3O+, C3H3 + und CHO+) durch die Vorspannung VVOR in den Bereich der Funkenstrecke gezogen, so dass ein Ionisationsstrom über die Funkenstrecke fließt. Dieser Ionisationsstrom wird in 2 durch das Ionisationsspannungssignal VION 205 dargestellt. In der Nachzündungsphase 230 steigt das Ionisationsspannungssignal VION 205 während die Verbrennung fortschreitet und die Flammenfront durch den Zylinder wandert, auf eine Spitzenspannung 240. In Abhängigkeit von den Verbrennungsbedingungen im Zylinder kann aufgrund steigender Druck- und Temperaturwerte ein zweiter Spitzenwert 250 auftreten.
  • 4 zeigt ein Verbrennungsmotor-Diagnosesystem 300, bei dem Ionisationsstromsignale zur Ausführung von Motordiagnoseroutinen verwendet werden. Das Ionisationsstromsignal IION 100a–100n wird zu Zwecken der Signalverarbeitung vom Ionisationssensor 305a–305n des jeweiligen Zylinders zu einer Analogschaltung 310 übertragen. Das verarbeitete Ionisationsstromsignal IION 100a–100n wird von der Analogschaltung 310 zu einem A/D-Wandler 320 übermittelt. Der A/D-Wandler 320 wiederum übermittelt die digitalisierten Ionisationssignale IION 100a–100n an den Hauptprozessor 330 des Motorsteuerungsmoduls (MSM) 350. Das Motorsteuerungsmodul 350 führt anhand der aufbereiteten und digitalisierten Signale verschiedene Motordiagnose- und -steuerroutinen 335 durch. Die Motordiagnoseroutinen umfassen Rahmen zur Zylinderidentifizierung, zur Fehlzündungserkennung und zur Erkennung von Offenen-Sekundär-Wicklungen. Die Anordnung 300 ermöglicht es, eine Neukalibrierung der Analogschaltung 310 sowie Motordiagnoseroutinen des Hauptprozessors 330 vorzunehmen. Darüber hinaus bietet diese Anordnung eine hohe Flexibilität über einen großen Bereich von motor- bzw. verbrennungsbezogenen Betriebsbedingungen und Parametern.
  • Wie in 5 gezeigt ist, umfasst ein Analogsignalformsystem 400 einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Signal-Isolator 410, einen Verstärker 420, einen Ein/Aus-Schalter 430, einen Spitzenwert- und Integrationswert-Rücksteller 440, einen Spitzenwertdetektor 450 und einen Ionisationsstromintegrator 460.
  • Das Analogsignalformsystem 400 empfängt zwei Typen von Signalen. Zum einen handelt es sich hierbei um das Ionisationssignal IION 100a–100n der Ionisationssensoren ISENSOR 1-n 305a–305n des Verbrennungsmotors und zum anderen um Ein/Aus-Steuersignale 480 und Rückstell-Steuersignale 475 eines Zeitprozessors. Bei diesem Zeitprozessor kann es sich zum Beispiel um eine Zeitverarbeitungseinheit (ZVE) 470 des Motorsteuerungsmoduls (MSM) 350 handeln.
  • Da es sich bei den Verbrennungstakten des Motors um sequentielle Vorgänge handelt, kann das Ionisationsstromsignal 100a–100n der Ionisationssensoren 305a–305n ohne Signalverlust oder -verzerrung zu einem einzelnen Eingang des Signal-Isolators 410 des Analogsignalformsystems 400 kombiniert werden. Dieses Multiplexen auf einen Eingang ist insbesondere möglich, weil das Ionisationsstromsignal IION 100a–100n nur während des Ladens der Primärwicklung sowie in der Zündungs- und Verbrennungsphase aktiv ist. Diese drei Phasen werden als aktive Periode des Zylinders bezeichnet, und sie umfassen weniger als 120 Grad des Kurbelwinkels (siehe 2). Ein weiterer Grund dafür, dass die Ionisationsstromsignale IION 100a, 100b, 100n der einzelnen Zylinder ohne signifikante Signalverluste oder -verzerrungen gemultiplext werden können, liegt darin, dass es sich hierbei um Stromquellen handelt.
  • Der Signal-Isolator 410 isoliert das gemessene Ionisationsstromsignal durch Subtrahieren des Vorstroms IVOR von den Ionisationsstromsignalen IION 100a–100n. Der Vorstrom IVOR wird erzeugt, wenn die Vorspannung VVOR an die die Funkenstrecke angelegt wird, um die Ionisationsstromsignale IION 100a–100n zu erzeugen. Der Signal-Isolator 410 setzt eine Stromspiegelschaltung ein, um den Vorstrom IVOR von den Ionisationsstromsignalen IION 100a–100n abzuziehen. Anschließend wird das Ionisationsstromsignal IION 100a–100n verstärkt und im Analogsignalformsystem 400 verarbeitet, wie nachfolgend beschrieben wird.
  • Der Verstärker 420 empfängt das isolierte Ionisationsstromsignal IION 100a–100n vom Signal-Isolator 410. In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet der Verstärker 420 eine Stromspiegelschaltung zur Verstärkung des Ionisationsstromsignals IION 100a–100n. Der Verstärker 420 empfängt außerdem Ein/Aus-Steuersignale vom Ein/Aus-Schalter 430.
  • Der Ein/Aus-Schalter 430 wiederum empfängt Ein/Aus-Steuersignale 480 von der Zeitverarbeitungseinheit (ZVE) 470 des Motorsteuerungsmoduls (MSM) 350. Der Ein/Aus-Schalter 430 verarbeitet die Ein/Aus-Signale 480 und schaltet den Verstärker 420 in Abhängigkeit von diesen Signalen auf ”Ein” und ”Aus”, um die Spitzenwertdetektion und die Integration des Ionisationsstromsignals IION 100a–100n zu ermöglichen.
  • Der Spitzenwert- und Integrationswert-Rücksteller 440 empfängt Rückstell-Steuersignale 475 von der Zeitverarbeitungseinheit (ZVE) 470 des Motorsteuerungsmoduls (MSM) 350. Der Rücksteller 440 verarbeitet diese Signale und setzt den Spitzenwertdetektor 450 und den Ionisationsstromintegrator 460 auf ihre jeweiligen Standardwerte. Nachdem der Spitzenwertdetektor 450 zurückgestellt wurde, verarbeitet er das verstärkte Ionisationsstromsignal, wenn der Verstärker 420 durch den Ein/Aus-Schalter 430 auf ”Ein” geschaltet wird, um ein Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 zu erzeugen. Das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 kann an das Motorsteuerungsmodul (MSM) 350 oder einen ähnlichen Motordiagnose- und -steuerprozessor übertragen werden. Nachdem der Ionisationsstromintegrator 460 zurückgestellt wurde, verarbeitet er das verstärkte Ionisationsstromsignal, wenn der Verstärker durch den Ein/Aus-Schalter 430 auf ”Ein” geschaltet wird, um ein Integrations-Ionisationsstromsignal IINT 465 zu erzeugen. Das Integrations-Ionisationsstromsignal IINT 465 kann an das Motorsteuerungsmodul (MSM) 350 oder einen ähnlichen Motordiagnose- und -steuerprozessor übertragen werden.
  • Der Spitzenwertdetektor 450 empfängt das verstärkte Ionisationsstromsignal IION 100a–100n des Verstärkers 420 und erzeugt das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 mit der seit dem letzten Rückstellen des Spitzenwertdetektors 450 gemessenen Spitzen-Ionisationsspannung während der Verstärker 420 durch den Ein/Aus-Schalter 430 auf ”Ein” geschaltet war. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugt der Spitzenwertdetektor 450 je ein Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 für die Zündphase 220 und die Nachzündungsphase 230. In Abhängigkeit von den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen und Motordiagnoseroutinen kann der Spitzenwertdetektor 450 jedoch auch mehr oder weniger als zwei Spitzen-Ionisationssignale ISPITZE 455 erzeugen.
  • Der Ionisationsstromintegrator 460 empfängt das verstärkte Ionisationsstromsignal IION 100a–100n des Verstärkers 420 und erzeugt das Integrations-Ionisationssignal IINT 465. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 mit dem integrierten Wert des Ionisationsstroms IION seit dem letzten Rückstellen des Ionisationsstromintegrators 460 während der Verstärker 420 durch den Ein/Aus-Schalter 430 auf ”Ein” geschaltet war. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Ionisationsstromsignal IION sowohl für die Zündphase 220 als auch die Nachzündungsphase 230 integriert. In Abhängigkeit von den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen und Motordiagnoseroutinen kann der Ionisationsstromintegrator 460 jedoch auch mehr oder weniger als zwei Integrations-Ionisationssignale IINT 465 erzeugen.
  • 6 zeigt repräsentative Eingangs- und Ausgangssignale des Signalformsystems 400 bei einem normalen Verbrennungsvorgang. Im oberen Diagramm von 6 wird das von den Ionisationssensoren 305a–305n empfangene Ionisationsstromsignal IION 100a–100n dargestellt. Das zweite Diagramm stellt das Ein/Aus-Steuersignal Pa 480 dar und das dritte Diagramm das Rückstell-Steuersignal Pb 475. Diese Steuersignale werden von der Zeitverarbeitungseinheit (ZVE) 470 an das Analogsignalformsystem 400 übermittelt. Im untersten Diagramm wird ein Zündladesignal 640 gezeigt.
  • Beim Ein/Aus-Steuersignal 480 und beim Rückstell-Steuersignal 475 handelt es sich um Pulsfolgen. Das Ein/Aus-Steuersignal 480 weist beim Logikpegel 0 (”LP0”) den ”Ein”-Zustand auf. Das Rückstell-Steuersignal 475 hingegen weist beim Logikpegel 1 (”LP1”) den ”Ein”-Zustand auf. Der Betrieb des Ein/Aus-Steuersignals 480 und des Rückstell-Steuersignals 475 kann anhand der folgenden Regionen beschrieben werden. Anfänglich, das heißt im Bereich zwischen 0,0 und 0,15 Millisekunden, weisen das Ein/Aus-Steuersignal 480 und das Rückstell-Steuersignal 475 den ”Aus”-Zustand auf. Dieser ”Aus”-Zustand wird für das Ein/Aus-Steuersignal 480 als LP1 (inaktiv ”Hoch”) und für das Rückstell-Steuersignal 475 als LP0 (inaktiv ”Niedrig”) angegeben. In Region a wird das Rückstell-Steuersignal 475 auf ”Ein” und ”Aus” geschaltet, um den Integrator 460 und den Spitzenwertdetektor 450 vor der Zündphase 220 zurückzusetzen. Durch diese Rückstellung kann der Spitzenwertdetektor 450 ein Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 und der Integrator 460 ein Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für die als ”Fenster 1” gekennzeichnete Zündphase 220 erzeugen.
  • In Region b wird das Ein/Aus-Steuersignal 480 auf ”Ein” geschaltet. Der Ein/Aus-Schalter 430 schaltet den Verstärker 420 auf ”Ein”, so dass der Spitzenwertdetektor 450 ein verstärktes Ionisationsstromsignal IION 100a–100n empfängt und ein Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 für die Zündphase 220 (Fenster 1) erzeugt. Der Integrator 460 empfängt ein verstärktes Ionisationsstromsignal IION 100a–100n und erzeugt ein Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für die Zündphase 220 (Fenster 1). Das Integrations-Ionisationssignal kann zur Ausführung von Diagnoseroutinen des Typs Offen-Sekundärspulen, Fehlzündungen und Teilverbrennungen sowie zur Zylinderidentifizierung eingesetzt werden. In 6 umfasst das Zündfenster von Region b ca. 500 Mikrosekunden. In Abhängigkeit von den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen und Zündsystemen kann jedoch auch ein größeres oder kleineres Zündfenster verwendet werden. Je nach Zünddauer des Zündsystems kann das Zündfenster zum Beispiel zwischen 300 Mikrosekunden und 3 Millisekunden umfassen.
  • In der Region zwischen Region b und Region c ist das Ein/Aus-Steuersignal 480 auf ”Aus” geschaltet. Auf diese Weise wird der Verstärker 420 auf ”Aus” geschaltet, und der Spitzenwertdetektor 450 und der Integrator 460 werden nicht weiter geladen. Das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 kann mit einem Schwellenwert verglichen werden, um zu ermitteln, ob eine ausreichende Zündladung bereitgestellt wurde, insbesondere ob ein Zündfunke aufgetreten ist. Wenn das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für das Zündfenster einen Schwellenwert übersteigt, wird festgestellt, dass ein Zündfunke aufgetreten ist. Wenn das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 unter diesem Schwellenwert liegt, ist kein Zündfunke aufgetreten.
  • In Region c wird das Rückstell-Steuersignal 475 auf ”Ein” und ”Aus” geschaltet. Durch diese Aktion werden der Integrator 460 und der Spitzenwertdetektor 450 auf ihren jeweiligen Standardwert gesetzt. Auf diese Weise können Spitzenwertdetektion und Integration für die als ”Fenster 2” gekennzeichnete Nachzündungsphase 230 durchgeführt werden.
  • In Region d wird das Rückstell-Steuersignal 475 im ”Aus”-Zustand gehalten, und das Ein/Aus-Steuersignal 480 wird auf ”Ein” und ”Aus” geschaltet. Diese Aktion ermöglicht in der Nachzündungsphase 230 die Messung des Spitzen-Ionisationssignals ISPITZE 455 durch den Spitzenwertdetektor 450 und die Messung des Integrations-Ionisationssignals IINT 465 durch den Integrator 460. Der Ein/Aus-Schalter 430 passt das Ein/Aus-Steuersignal Pa 480 per Pulsbreitenmodulation (PBM) an. Durch Einsatz der Pulsbreitenmodulation kann das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 und das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für die Nachzündungsphase 230 bei unterschiedlichen Motordrehzahlen berechnet werden, ohne dass es zu einem Datenüberlauf kommt. Die Frequenz beträgt konstant 10 kHz. In Abhängigkeit von den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen kann jedoch auch eine höhere oder niedrigere Frequenz verwendet werden. Wie in der nächsten Tabelle gezeigt wird, variiert der Pulsbreiten-Arbeitszyklus des Ein/Aus-Steuersignals 480 während des EIN-Zyklus in Abhängigkeit von der Motordrehzahl:
    U/min < 1500 20% Arbeitszyklus
    1500 ≤ U/min < 3000 40% Arbeitszyklus
    3000 ≤ U/min < 4500 60% Arbeitszyklus
    4500 ≤ U/min < 6000 80% Arbeitszyklus
    6000 ≤ U/min 100% Arbeitszyklus
  • Der Arbeitszyklus des Pulsbreiten-modulierten Steuersignals 480 ist eine Funktion der Motordrehzahl in UV min. wie vorstehend beschrieben wurde. Die Pulsbreitenmodulation wird in Region d in erster Linie verwendet, um einen Integrationsüberlauf zu vermeiden und einen guten Rauschabstand zu erzielen. Das Integrationsfenster von Region d basiert auf den Kurbelwinkelgraden eines Motorzyklus. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Integrationsfenster 60 Grad des Kurbelwinkels. Es sind jedoch selbstverständlich auch Integrationsfenster möglich, die mehr oder weniger als 60 Grad des Kurbelwinkels umfassen. Bei 600 U/min beträgt ein Integrationsfenster von 60 Grad des Kurbelwinkels ca. 16,17 ms und bei 6000 U/min ca. 1,667 ms. Die zeitbasierte Integration über den gegebenen Kurbelwinkelgrad erhöht sich bei 600 U/min in Relation zu 6000 U/min also um den Faktor 10.
  • Herkömmlicherweise wird zur Vermeidung eines Integrationsüberlaufs eine variable Integralverstärkung verwendet. Die Implementierungskosten dieses Verfahrens sind jedoch relativ hoch, insbesondere bei Analogschaltungen. Beim erfindungsgemäßen System kann der Verstärker 420 durch die Pulsbreitenmodulation des Ein/Aus-Steuersignals 480 auf ”Ein” und ”Aus” geschaltet werden. Auf diese Weise kann bei hohen Motordrehzahlen eine kontinuierliche Integration durchgeführt werden und eine diskontinuierliche Integration in Arbeitszyklen, bei denen eine bestimmte Motordrehzahl unterschritten wird. Mit diesem Verfahren wird ein Überlauf des Integrators vermieden und gleichzeitig eine gute Auflösung des ausgegebenen Signals gewährleistet.
  • Das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für die Nachzündungsphase 230 (Fenster 2) kann für verschiedene Diagnoseroutinen verwendet werden. Bei der Fehlzündungs- und Teilverbrennungs-Diagnoseroutine wird zum Beispiel ein korrigiertes, insbesondere normalisiertes Integrations-Ionisationssignal INTKi2 (i = 1, 2) für das zweite Fenster (Fenster 2) verwendet. In diesen Ausführungsformen der Erfindung kann das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für die Nachzündungsphase 230 (Fenster 2) normalisiert werden, um die Zeitbereichsintegration in einen kurbelwinkelbasierten Wert zu konvertieren. Das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für das zweite Fenster kann mit der folgenden Formel in Kurbelwinkelgraden ausgedrückt werden: ∫Ion(θ)dθ = (∫Ion(t)dt) × 6 × U/min (i = 1 oder 2)
  • Der zeitbasierte Integrations-Ionisationswert für das zweite Fenster INTKi2 wird vom Analogsignalformsystem 400 als Funktion der Motordrehzahl ausgegeben und kann mit der folgenden Formel in Beziehung zur Motordrehzahl gebracht werden: INTi2 = ∫Ion(t)dt × PBMAZ = ∫Ion(θ)dθ × PBMAZ/ (6 × U/min)
  • Das vom Analogsignalformsystem 400 erhaltene Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für die Nachzündungsphase 230 (Fenster 2) kann daher normalisiert werden, um die Zeitbereichsintegration auf Grundlage der Motordrehzahl in einen kurbelwinkelbasierten Wert zu konvertieren: INTKi2 = ∫Ion(θ)dθ = 6 × U/min × INTi2/PBMAZ
  • Da der Pulsbreiten-Arbeitszyklus (PBMAZ) eine Funktion der Motordrehzahl ist, kann der zeitbasierte Integrations-Ionisationswert INTKi2 anhand der folgenden Tabelle in einen kurbelwinkelbasierten Wert konvertiert werden:
    Motordrehzahl (U/min) INTKi2
    U/min ≤ 1500 1,2 × INTi2 × U/min
    1500 < U/min ≤ 3000 2,4 × INTi2 × U/min
    3000 < U/min ≤ 4500 3,6 × INTi2 × U/min
    4500 < U/min ≤ 6000 4,8 × INTi2 × U/min
    6000 < U/min 6,0 × INTi2 × U/min
  • Nach Region d wird das Ein/Aus-Steuersignal 480 auf ”Aus” geschaltet, und das Rückstell-Steuersignal 475 wird weiter im ”Aus”-Zustand gehalten. Die Ausgänge des Integrators 460 und des Spitzenwertdetektors 450 werden angelesen, um das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 und das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 für die Nachzündungsphase 230 (Fenster 2) zu ermitteln.
  • Wie in 7 gezeigt wird, werden in jedem Verbrennungszyklus zwei Datenabtastungen 610, 620 vorgenommen. Diese Datenabtastungen 610, 620 werden verarbeitet, um das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 und das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 für einen normalen Verbrennungsvorgang zu ermitteln. Die erste Datenabtastung 610 wird im ersten Abtastfenster (Fenster 1) vorgenommen, um das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 und das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 für die Zündphase 220 zu ermitteln. Die zweite Datenabtastung 620 wird im zweiten Abtastfenster (Fenster 2) vorgenommen, um das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 und das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 für die Nachzündungsphase 230 zu ermitteln. Das Analogsignalformsystem 400 verarbeitet diese Daten anhand dieser zwei Abtastungen, um das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE 455 und ein Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für die Zündphase 220 und die Nachzündungsphase 230 zu ermitteln. Das Analogsignalformsystem 400 übergibt diese Werte an das Motorsteuerungsmodul (MSM) 350. Das Analogsignalformsystem 400 erfasst den Ionisationsstrom also während der Zündphase 220 und während der Nachzündungsphase 230 und erzeugt für jeden Verbrennungszyklus zwei Spitzen-Ionisationssignale und zwei Integrations-Ionisationssignale. Somit werden in jedem Verbrennungszyklus vier Parameter für die Zylinderidentifizierung, die Zünddiagnose, die Fehlzündungs-/Teilverbrennungserkennung und für ähnliche Motordiagnoseroutinen an das Motorsteuerungsmodul (MSM) 350 gesendet. Für einen Fachmann ist ersichtlich, dass die Anzahl der zu verwendenden Abtastfenster in Abhängigkeit von Diagnoseanforderungen, Betriebsbedingungen und ähnlichen Parametern variiert werden.
  • Die Abtastrate des erfindungsgemäßen Analogsignalformsystems ist signifikant niedriger als bei herkömmlichen Signalformsystemen. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform können die Ionisationsstromsignale IION 100a–100n jedes Zylinders einmal für jedes Verbrennungsereignis, insbesondere also für die Zündphase 220 und für die Nachzündungsphase 230, und zweimal für jeden Verbrennungszyklus abgetastet werden. Diese Abtastrate ist wesentlich niedriger als bei herkömmlichen Systemen, bei denen die Ionisationsstromsignale direkt über einen separaten Mikroprozessor abgetastet werden. Bei bekannten Systemen werden die Ionisationsstromsignale IION 100a–100n mindestens bei jedem Kurbelwinkelgrad bzw. mehrere hundert Mal pro Verbrennungszyklus abgetastet. Die vorliegende Erfindung ist wesentlich effizienter, da die Abtastrate pro Verbrennungszyklus um einen Faktor von über 100 reduziert wird.
  • Die erfindungsgemäße Analogschaltung 310 kann in das Motorsteuerungsmodul (MSM) 350 integriert werden, indem es zum Beispiel auf derselben Platine angeordnet wird (siehe 4). Durch diese Konfiguration werden die Fertigungskosten verringert, und die Flexibilität des System wird erhöht. Der Speicher 340 des Motorsteuerungsmoduls (MSM) 350 muss nicht erhöht werden, um eine erhöhte Datenrate zu verarbeiten, da die Analogschaltung 310 mit nur zwei Datenabtastungen pro Verbrennungszyklus arbeitet. Durch den Einsatz der Pulsbreitenmodulation kann die Analogschaltung 310 über einen weiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen zwei Spitzen-Ionisationssignale und zwei Integrations-Ionisationssignale formen und ausgeben. Darüber hinaus können die Motordiagnoseroutinen 335 des Motorsteuerungsmoduls (MSM) 350 für verschiedene Betriebsbedingungen variiert werden. Aufgrund dieser hohen Flexibilität kann der Hauptprozessor 330 Integrations-Ionisationssignale IINT 465 und Spitzen-Ionisationssignale ISPITZE 455 über einen großen Bereich von Motorbetriebsbedingungen verarbeiten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der A/D-Wandler 320 in den Hauptprozessor 330 des Motorsteuerungsmoduls 350 integriert. In anderen Ausführungsformen wiederum kann es sich bei der Analogschaltung 310 um eine separate, nicht in das Motorsteuerungsmodul (MSM) 350 integrierte Komponente handeln.
  • Zwei oder mehr Analogschaltungen 310 können zur Verarbeitung und Aufbereitung der Ionisationsstromsignale IION 100a–100n kombiniert werden. In der in 8 gezeigten Ausführungsform umfasst die Erfindung zwei Analogschaltungen 710, 720. In dieser Ausführungsform sind die Zylinder eines Verbrennungsmotors in zwei Zylinderbänken angeordnet (Bank 1 und Bank 2). Wie in 8 gezeigt wird, ist jede Zylinderbank mit einer der Analogschaltungen 710, 720 verbunden. In einer Anwendung für einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor mit einer Zündfolge von 1, 3, 4, 2 kann eine Zylinderbank (zum Beispiel Bank 1) die Zylinder 1 und 3 umfassen und eine weitere Zylinderbank (zum Beispiel Bank 2) die Zylinder 2 und 4. Bei einem V-Motor können die Zylinder in zwei Bänke unterteilt werden, um Zylinderpaare mit versetzten Kompressions- und Expansionshüben zu bilden, so dass die Zylinderidentifizierung verbessert wird und Interferenzen zwischen den jeweiligen Ionisationssignalen vermieden werden, insbesondere wenn die Zahl der Zylinder zunimmt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Abtastfenster verwendet, und die Analogschaltungen 710, 720 formen für jeden Verbrennungszyklus jeweils zwei Ionisationssignalabtastungen, so dass vier Werte erzeugt werden – zwei Integrations-Ionisationssignale IINT 465 und zwei Spitzen-Ionisationssignale ISPITZE 455. Zusammen erzeugen die Analogschaltungen 710, 720 acht Werte pro Verbrennungszyklus. Die Analogschaltungen 710, 720 übermitteln diese Werte an das Motorsteuerungsmodul (MSM) 350 zur Zylinderidentifizierung, Fehlzündungs-/Teilverbrennungserkennung und für ähnliche Motordiagnoseroutinen.
  • Die vorliegende Erfindung kann im Anlassmodus für eine Zylinderidentifizierung genutzt werden. Wenn das Gasgemisch in einem Zylinder komprimiert wird, erhöht sich seine Dichte, so dass Durchbruchspannung zwischen den Zündkerzenelektroden zunimmt. Die Durchbruchspannung hängt darüber hinaus von einer Vielzahl weiterer Faktoren ab (Dichte, Feuchtigkeit, Temperatur usw.). Die erhöhte Durchbruchspannung hat verschiedene wahrnehmbare Auswirkungen. Zum Beispiel ist die Zünddauer in einem Zylinder während eines Verdichtungstakts kürzer als außerhalb eines Verdichtungstakts. Außerdem dauert der Spannungsaufbau bis zum Funkenüberschlag länger. Da die Energie abgeführt wird und die Spannung abnimmt, erlischt der Funken im Zylinder während eines Verdichtungstakts früher als außerhalb eines Verdichtungstakts, sofern der Zündspule jedes Zylinders dieselbe Zündenergie zugeführt wurde. Das Analogsignalformsystem 400 kann den Zylinder, der sich in der Verdichtungstakt-Phase befindet, identifizieren, indem es das Ionisationssignal über das Zündfenster (das heißt während der Zündphase 220 für jeden Zylinder) integriert und das Integrations-Ionisationssignal IINT 465 für das Zündfenster mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung führt das Analogsignalformsystem anhand der Integrations- und Spitzen-Ionisationssignale Fehlzündungs- und Teilverbrennungs-Diagnoseroutinen über Region d durch. Wenn sowohl das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE als auch das Integrations-Ionisationssignal IINT vorgegebene Schwellenwerte übersteigen, wird eine normale Verbrennung angenommen. Wenn entweder nur das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE oder nur das Integrations-Ionisationssignal IINT (aber nicht beide Signale) einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigen, wird eine Teilverbrennung angenommen. Bei einer Teilverbrennung tritt Diese Situation auf, da die Verbrennung relativ spät erfolgt, so dass über Region d ein niedrigerer Integrationswert erzielt wird. Wenn das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE als auch das Integrations-Ionisationssignal IINT jeweils ihren vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten, wird eine Fehlzündung angenommen.
  • Das Analogsignalformsystem kann zur Erkennung offener Sekundärwicklungen sowie zur Durchführung von Diagnoseroutinen für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe und für Zylinderbanksensor-Masseschlussfehler verwendet werden. Zur Erkennung einer offenen Sekundärwicklung wird überwacht, ob ein Zündfunke aufgetreten ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ionisationssignal IION über das Zündfenster integriert und das Integrations-Ionisationssignal IINT mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn das Integrations-Ionisationssignal IINT unter dem Schwellenwert liegt, nimmt die Diagnoseroutine an, dass keine Zündung stattgefunden hat, und es wird eine offene Sekundärwicklung angenommen. Wenn keine Zündung auftritt, ist das Integrations-Ionisationssignal IINT niedriger als der Schwellenwert, da die Sekundärwicklung nur einen internen Induktionsstrom erzeugt. Das Ionisationssignal über das Zündfenster entspricht daher näherungsweise einer Rechteckfunktion bei 50%igem Arbeitszyklus. Wenn der im Zündfenster ermittelte Spitzen-Ionisationswert unter einem Schwellenwert liegt, wird ein Fehler der Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe angenommen. Wenn der im Verbrennungsfenster (Region d) ermittelte Spitzen-Ionisationswert unter einem Schwellenwert liegt, wird ein Zylinderbanksensor-Masseschluss angenommen. Diese Diagnoseroutinen werden nachstehend näher beschrieben.
  • In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können Motordiagnoseroutinen im Anlassmodus und im Normalbetriebsmodus durchgeführt werden. 9 zeigt ein Blockdiagramm einer im Anlassmodus durchgeführten Motordiagnoseroutine. Die Anlassmodus-Diagnoseroutine – hierbei kann es sich zum Beispiel um einen Algorithmus handeln – führt die Motordiagnose und eine Zylinderidentifizierungs-Subroutine durch, wenn bestimmte Vorbedingungen erfüllt sind. Der Kurbelwellensensor muss synchronisiert sein, die Nockenwelle darf nicht synchronisiert sein, und eine Zündspule jeder Zylinderbank muss geladen 800 und in der Nähe des oberen Totpunkts entladen werden. Wenn eine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, führt der Hauptprozessor 330 die Anlassmodus-Diagnoseroutine 805 nicht durch. Die Anlassmodus-Diagnoseroutine wird so lange ausgeführt, bis die Nockenwelle synchronisiert ist.
  • Der Kurbelwellenpositionssensor ermittelt die Drehzahl (U/min) und die Drehposition der Kurbelwelle. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich beim Kurbelwellenpositionssensor um einen Magnetaufnehmer, einen Hall-Effekt-Schalter oder einen kontaktlosen Weg/Spannungsumsetzer. Bei drehender Kurbelwelle erzeugt der Kurbelwellenpositionssensor auf der Position der Kurbelwelle basierende Signale, anhand derer die Motordrehzahl berechnet werden kann. Die Signale werden an das Zündmodul und/oder den Hauptprozessor 330 übermittelt, wo sie verarbeitet werden, um in jeder Zylinderbank den Kolben am oberen Totpunkt zu ermitteln und für jede Bank der Zündwinkelsteuerung des Zylinders zu erzeugen, der im nächsten Zyklus den oberen Totpunkt erreicht. Wenn die Zündung beendet ist, kann die Anlassmodus-Diagnoseroutine den im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder identifizieren und die Zylinderidentifizierung abschließen. Wenn die Zündwinkelsteuerung zu breit oder zu schmal für die Identifizierung des im Verdichtungstakt befindlichen Zylinders ist, wird die Breite des Impulses in einem interaktiven Prozess angepasst, bis die Zylinderidentifizierung abgeschlossen ist. Dieser Anpassungsprozess wird nachstehend näher beschrieben.
  • Wenn der Kurbelwellenpositionssensor synchronisiert und eine Spule in jeder Zylinderbank geladen und entladen wurde, tastet die Anlassmodus-Diagnoseroutine das Spitzen-Ionisationssignal ISPITZE und das Integrations-Ionisationssignal IINT über zwei Abtastfenster 610, 620 für jede Zylinderbank ab. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich beim Abtastfenster 610 um die Zündphase 220 und beim Abtastfenster 620 um die Nachzündungsphase 230.
  • Wenn der Kurbelwellenpositionssensor synchronisiert ist, das Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen nicht gesetzt ist und die Zündspule in jeder Zylinderbank geladen und entladen wurde, wird eine Diagnose-Subroutine 810, 820 zur Erkennung von Fehlern der Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe durchgeführt. Diese Subroutine vergleicht das im Zündfenster 610 (d. h. Fenster 1) abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si1 (i = 1, 2) mit einem Schwellenwert SCHFS für einen Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe, um zu ermitteln, ob ein Fehler einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe vorliegt. Hierbei wird das Spitzen-Ionisationssignal S11 für Bank 1 in Fenster 1 mit dem Schwellenwert SCHFS verglichen, um zu prüfen ob ein Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe in Bank 1 vorliegt (Schritt 810). Außerdem wird das Spitzen-Ionisationssignal S21 für Bank 2 in Fenster 1 mit dem Schwellenwert SCHFS verglichen, um zu prüfen, ob ein Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe in Bank 2 auf Fehler vorliegt (Schritt 820).
  • Wenn das für Bank 1 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal S11 unter dem Schwellenwert SCHFS für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt, nimmt die Diagnose-Subroutine einen Fehler in der entsprechenden Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe von Bank 1 (Schritt 815) an. Wenn das für Bank 1 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal S11 nicht unter dem Schwellenwert SCHFS für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt, stellt die Diagnose-Subroutine fest, dass in der Zündphase 220 kein Fehler der entsprechenden Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe von Bank 1 auftrat. Die Anlassmodus-Diagnoseroutine führt eine entsprechende Subroutine für Bank 2 durch. Wenn das für Bank 2 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal S21 unter dem Schwellenwert SCHFS für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt, nimmt die Diagnose-Subroutine einen in der Zündphase 220 aufgetretenen Fehler in der entsprechenden Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe von Bank 2 an (Schritt 825). Wenn das für Bank 2 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal S21 nicht unter dem Schwellenwert SCHFS für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt, stellt die Anlassmodusdiagnose-Subroutine fest, dass kein Fehler der entsprechenden Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe auftrat.
  • Festgestellte Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe werden vom Hauptprozessor 330 protokolliert. Darüber hinaus kann der Hauptprozessor 330 den Motor anhalten oder in den Notlaufmodus versetzen, beispielsweise durch Einschränken von Motorbetriebsparametern wie der Drehzahl. Entsprechende Fehler können vom Hauptprozessor 330 protokolliert werden. Der Hauptprozessor 330 kann die Anlassmodus-Diagnoseroutine mehrmals durchführen, bevor ein Fehler einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe festgestellt und der Motor in den Notlaufmodus versetzt oder angehalten wird.
  • Wenn die Anlassmodus-Diagnoseroutine keinen Fehler einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe ergibt, wird eine Subroutine für eine Ionisierungssensor-Kurzschlussprüfung für Bank 1 (Schritt 830) und für Bank 2 (Schritt 840) durchgeführt. Hierzu wird das im Verbrennungsfenster (Fenster 2) abgetastete Spitzen-Ionisationssignal SI2 (I = 1, 2) verwendet. Die Diagnose-Subroutine vergleicht die Spitzen-Ionisationssignale S12 (Bank 1) und S22 (Bank 2) mit einem Schwellenwert SCHFS für einen Ionisierungssensor-Kurzschluss. Wenn das für Bank 1 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal S12 unter dem Schwellenwert SCHPS für einen Ionisierungssensor-Kurzschluss liegt, stellt die Diagnose-Subroutine fest, dass mindestens ein Ionisierungssensor-Rückkopplungskanal in Bank 1 (Schritt 835) einen Kurzschluss aufweist. Wenn das für Bank 1 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal S12 nicht unter dem Schwellenwert SCHPS für Ionisierungssensor-Kurzschluss liegt, stellt die Diagnose-Subroutine fest, dass kein Ionisierungssensor-Rückkopplungskanal in Bank 1 einen Kurzschluss aufweist.
  • Die Anlassmodus-Diagnoseroutine führt für Bank 2 eine ähnliche Subroutine durch, indem der für Bank 2 abgetastete Spitzen-Ionisationswert S22 mit dem Schwellenwert SCHPS für einen Ionisierungssensor-Kurzschluss verglichen wird 840. Wenn das für Bank 2 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal S22 unter dem Schwellenwert SCHPS für einen Ionisierungssensor-Kurzschluss liegt, stellt die Diagnose-Subroutine fest, dass mindestens ein Ionisierungssensor-Rückkopplungskanal in Bank 2 (Schritt 845) einen Kurzschluss aufweist. Wenn das für Bank 2 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal S22 nicht unter dem Schwellenwert SCHPS für Ionisierungssensor-Kurzschluss liegt, stellt die Diagnose-Subroutine fest, dass kein Ionisierungssensor-Rückkopplungskanal in Bank 2 einen Kurzschluss aufweist.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung kann es sich beim Schwellenwert SCHFS für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe und beim Schwellenwert SCHPS für einen Ionisierungssensor-Kurzschluss um konstante Werte handeln. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können der Schwellenwert SCHFS für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe und der Schwellenwert SCHPS für einen Ionisierungssensor-Kurzschluss als Funktionen der Motordrehzahl, der Motorlast sowie weiterer Betriebsparameter bestimmt werden.
  • Wenn die Anlassmodus-Diagnoseroutine keinen Fehler einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe und keinen Ionisierungssensor-Kurzschluss-Fehler ergibt, wird eine Zylinderidentifizierungs-Subroutine durchgeführt, um in Bank 1 und/oder Bank 2 den Zylinder zu identifizieren, der sich in der Verdichtungstakt-Phase befindet. Die Schließdauer jeder Spule wird so gewählt, dass im im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder kein Funke anfällt, im nicht im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder (aufgrund der relativ hohen Dichte des Gasgemischs) hingegen schon. Die Diagnose-Subroutine vergleicht das Integrations-Ionisationssignal INT11 für Bank 1 und das Integrations-Ionisationssignal INT21 für Bank 2 mit einem Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert SCHID, um den im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder zu identifizieren. Wie in Schritt 850 von 9 dargestellt wird, subtrahiert die Subroutine das Integrations-Ionisationssignal INT21 (Bank 2) vom Integrations-Ionisationssignal INT11 (Bank 1). Wenn die Differenz dieser im Fenster 1 abgetasteten Werte (INT11 minus INT21) größer ist als der Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert SCHID, stellt die Diagnose-Subroutine fest, dass der Zylinder in Bank 1 der im Verdichtungstakt befindliche Zylinder ist, und es wird ein Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen für Bank 1 gesetzt (Schritt 855). Ist diese Differenz hingegen kleiner als der Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert SCHID, stellt die Diagnose-Subroutine fest, dass der Zylinder in Bank 2 der im Verdichtungstakt befindliche Zylinder ist, und es wird ein Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen für Bank 2 gesetzt (Schritt 865).
  • Wenn die Anlassmodusdiagnose-Subroutine den im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder zunächst nicht bestimmen kann, da entweder in beiden Zylindern oder in keinem der Zylinder ein Zündfunken auftritt, passt die Subroutine die Ladedauer schrittweise an, bis der im Verdichtungstakt befindliche Zylinder nicht zündet und der nicht im Verdichtungstakt befindliche Zylinder zündet. Auf diese Weise kann die Zylinderidentifizierung während des nächsten Zylinderidentifizierungsereignisses erfolgen, das heißt während der nächsten Zündphase in Bank 1 und Bank 2.
  • Die Subroutine für die Anpassung der Ladedauer arbeitet wie folgt: Wenn der absolute Wert der Differenz zwischen dem für Bank 2 abgetasteten Integrations-Ionisationssignal INT21 und dem für Bank 1 abgetasteten Integrations-Ionisationssignal INT11 nicht größer ist als der Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert SCHID, vergleicht die Anlassmodus-Diagnoseroutine die Summe aus INT11 und INT21 mit einem Zündungs-Schwellenwert SCHZÜN, um zu bestimmen, ob die Ladedauer erhöht oder verringert werden muss (Schritt 870). Wenn kein Diagnosekriterium erfüllt wird (d. h. |INT21 – INT11| ≤ SCHID), ändert die Ladedauer-Subroutine die Ladedauer (zum Beispiel schrittweise bzw. iterativ), so dass eine adaptive Zylinderidentifizierung durchgeführt wird.
  • Die Subroutine für die adaptive Anpassung der Schließdauer addiert das für Bank 2 abgetastete Integrations-Ionisationssignal INT21 und das für Bank 1 abgetastete Integrations-Ionisationssignal INT11 und vergleicht die Summe mit einem Zündungs-Schwellenwert SCHZÜN (Schritt 870). Ist die Summe aus den Integrations-Ionisationssignalen INT21 und INT11 größer als der Zündungs-Schwellenwert SCHZÜN, stellt die Ladedauer-Subroutine in Schritt 870 fest, dass in den Zylindern in Bank 1 und Bank 2 Zündfunken aufgetreten sind, obwohl einer dieser Zylinder sich in der Verdichtungstakt-Phase befand. Im nächsten Verbrennungszyklus verringert die Diagnose-Subroutine schrittweise die Ladedauer in jeder Zylinderbank (Schritt 875), so dass in dem Zylinder, der sich in der Verdichtungstakt-Phase befindet, im nächsten Verbrennungszyklus kein Zündfunken auftritt, und in dem Zylinder, der sich nicht in der Verdichtungstakt-Phase befindet, im nächsten Verbrennungszyklus ein Zündfunke auftritt. Ist die Summe aus den Integrations-Ionisationssignalen INT21 und INT11 im nächsten Verbrennungszyklus immer noch größer als der Zündungs-Schwellenwert SCHZÜN, fährt die Diagnose-Subroutine mit der schrittweisen Verringerung der Ladedauer fort (Schritt 870), bis in dem Zylinder, der sich in der Verdichtungstakt-Phase befindet, kein Zündfunken anfällt, und in dem Zylinder, der sich nicht in der Verdichtungstakt-Phase befindet, ein Zündfunke auftritt. Auf diese Weise ermöglicht die Anlassmodus-Diagnoseroutine die Identifizierung des Zylinders, der sich in der Verdichtungstakt-Phase befindet, und setzt das Synchronisierungs-Kennzeichen. Ist die Summe aus den Integrations-Ionisationssignalen INT11 und INT21 nicht größer als der Zündungs-Schwellenwert SCHZÜN, bestimmt die Anlassmodus-Diagnoseroutine, dass in keinem Zylinder ein Zündfunke auftritt, und erhöht die Diagnose-Subroutine schrittweise die Ladedauer (Schritt 880), bis in dem Zylinder, der sich nicht in der Verdichtungstakt-Phase befindet, ein Zündfunke auftritt, und in dem Zylinder, der sich in der Verdichtungstakt-Phase befindet, weiterhin kein Zündfunke auftritt. Ist die Summe aus den Integrations-Ionisations-signalen INT21 und INT11 im nächsten Verbrennungszyklus nicht größer als der Zündungs-Schwellenwert SCHZÜN, fährt die Diagnose-Subroutine mit der schrittweisen Erhöhung der Ladedauer fort (Schritt 880), bis in dem Zylinder, der sich nicht in der Verdichtungstakt-Phase befindet, ein Zündfunke auftritt, und in dem Zylinder, der sich in der Verdichtungstakt-Phase befindet, weiterhin kein Zündfunke auftritt. Somit ermöglicht die Ladedauer-Subroutine der Anlassmodus-Diagnoseroutine das Identifizieren des Zylinders in Bank 1 und Bank 2, der sich in der Verdichtungstakt-Phase befindet, und das Setzen des Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichens.
  • Wenn die Anlassmodus-Diagnoseroutine den im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder identifiziert hat und das Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen gesetzt hat, führt der Hauptprozessor 330 eine Normalbetriebsmodus-Diagnoseroutine durch, wie in 10 dargestellt ist. Als Voraussetzung für diese Diagnoseroutine müssen der Kurbelwellenpositionssensor und der Nockenwellensensor synchronisiert und die Zündwinkelsteuerung aktiv sein (Schritt 900), das heißt, der Motor muss sich im Normalbetriebsmodus befinden. Wie oben erläutert, wird der Kurbelwellenpositionssensor vor dem Durchführen der Anlassmodus-Diagnoseroutine synchronisiert. Der Nockenwellensensor wird synchronisiert, wenn die Anlassmodus-Diagnoseroutine den im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder identifiziert hat. Die Zündwinkelsteuerung wird auf ”Aktiv” gesetzt, so dass die Ladedauer im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors ausreicht, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu entzünden. Wenn der Kurbelwellenpositionssensor oder der Nockenwellensensor nicht synchronisiert ist oder wenn die Zündwinkelsteuerung nicht aktiv ist, wird die Diagnoseroutine für den Normalbetriebsmodus nicht durchgeführt (Schritt 905).
  • Die Diagnoseroutine für den Normalbetriebsmodus umfasst eine Subroutine für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe und eine Subroutine für ZylinderbanksensorIonisierungssensor-Kurzschluss. Die Subroutine für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe vergleicht das in Fenster 1 für die aktuelle Zylinderbank i (d. h. Bank 1 oder Bank 2) abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si1 mit einem Schwellenwert SCHFS für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe (Schritt 920). Wenn das in Fenster 1 für die aktuelle Zylinderbank abgetastete Spitzen-Ioni-sationssignal Si1 (i = 1 oder 2) unter dem Schwellenwert SCHFS für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt, stellt die Diagnose-Subroutine einen Fehler der entsprechenden Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe für die aktuelle Zylinderbank fest (Schritt 925). Wenn das in Fenster 1 für die aktuelle Zylinderbank abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si1 (i = 1 oder 2) nicht unter dem Schwellenwert SCHFS für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt, stellt die Diagnose-Subroutine fest, dass in der aktuellen Zylinderbank kein Fehler der entsprechenden Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe vorliegt.
  • Die Diagnoseroutine für den Normalbetriebsmodus führt anschließend eine Diagnose-Subroutine für ZylinderbanksensorIonisierungssensor-Kurzschluss durch (Schritt 930). Diese Subroutine vergleicht das in Fenster 2 für die aktuelle Zylinderbank i (d. h. Bank 1 oder Bank 2) abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si2 mit einem Schwellenwert SCHFS für Ionisierungssensor-Kurzschluss (Schritt 930). Wenn das für die aktuelle Zylinderbank abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si2 (i = 1 oder 2) unter dem Schwellenwert SCHFS für Ionisierungssensor-Kurzschluss liegt, stellt die Diagnose-Subroutine einen Ionisierungssensor-Kurzschluss-Fehler für die aktuelle Zylinderbank fest (Schritt 935).
  • Wenn die für die aktuelle Zylinderbank abgetasteten Spitzen-Ionisationssignale Si2 (i = 1 oder 2) nicht unter dem Schwellenwert SCHPS für Zylinderbanksensor-Masseschluss liegt, führt die Normalbetriebs-Diagnoseroutine eine Diagnose-Subroutine zur Feststellung einer offenen Sekundärwicklung durch (Schritt 940).
  • Die Diagnose-Subroutine für offene Sekundärwicklung vergleicht das in Fenster 1 für die aktuelle Zylinderbank abgetastete Integrations-Ionisationssignal INTi1 (i = 1 oder 2) mit einem Schwellenwert für offene Sekundärwicklung SCHOS (Schritt 940). Wenn das für die aktuelle Zylinderbank abgetastete Integrations-Ionisationssignal INTi1 (i = 1 oder 2) unter dem Schwellenwert für offene Sekundärwicklung SCHOS liegt, stellt die Diagnose-Subroutine einen Offene-Sekundärwicklung-Fehler für den entsprechenden Zylinder der aktuellen Zylinderbank fest (Schritt 945). Wenn das in Fenster 1 für die aktuelle Zylinderbank abgetastete Integrations-Ionisationssignal INTi1 (i = 1 oder 2) größer/gleich dem Schwellenwert für offene Sekundärwicklung SCHOS ist, stellt die Diagnose-Subroutine fest, dass in der aktuellen Zylinderbank kein Offene-Sekundär-wicklung-Fehler vorliegt. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Schwellenwert für offene Sekundärwicklung SCHOS als Funktion der Motordrehzahl und Motorlast und weiterer Parameter abgeleitet werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann es sich bei dem Schwellenwert für offene Sekundärwicklung SCHOS um einen konstanten Wert handeln.
  • Wenn die Subroutinen für Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe, Ionisierungssensor-Masseschluss und die Feststellung offener Sekundärwicklungen erfolgreich durchgeführt wurden, prüft die Normalbetriebs-Diagnoseroutine, ob das Kraftstoffsystem des Motors aktiv ist (Schritt 950). Das Kraftstoffsystem versorgt die Zylinder mit Kraftstoff, und zwar entweder indirekt über den Einlasskanal (Einlasskanaleinspritzung) oder direkt in den Zylinder (Direkteinspritzung). Wenn das Kraftstoffsystem aktiv ist, also z. B. das Kraftstoff-Einspritzsystem aktiv ist, führt die Normalbetriebs-Diagnoseroutine eine Diagnose-Subroutine zur Erkennung von Fehlzündungen/Teilverbrennungen durch (Schritt 960).
  • In dieser Subroutine 960 werden die über Fenster 2 (d. h. während der Verbrennungsphase) abgetasteten Spitzenwerte und korrigierten Integrationswerte für die Fehlzündungs- und Teilverbrennungsdiagnose verwendet. Hierbei wird das für die aktuelle Zylinderbank abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si2 (i = 1 oder 2) mit einem Spitzenfehlzündungs-Schwellenwert SCHSF verglichen. Außerdem wird das für die aktuelle Zylinderbank abgetastete und korrigierte (d. h. normalisierte) Integrations-Ionisationssignal INTKi2 (i = 1 oder 2) mit einem Integrationsfehlzündungs-Schwellenwert SCHIF verglichen.
  • Wenn das für die aktuelle Zylinderbank abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si2 (i = 1 oder 2) den Spitzenfehlzündungs-Schwellenwert SCHSF übersteigt und das für die aktuelle Zylinderbank abgetastete und korrigierte (d. h. normalisierte) Integrations-Ionisationssignal INTKi2 (i = 1 oder 2) den Integrationsfehlzündungs-Schwellenwert SCHIF übersteigt, stellt die Diagnose-Subroutine zur Erkennung von Fehlzündungen fest, dass im entsprechenden Zylinder der aktuellen Bank eine normale Verbrennung stattgefunden hat, und das Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen wird bestätigt (Schritt 965).
  • Wenn nur eines der Fehlzündungs- bzw. Teilverbrennungskriterien erfüllt ist, das heißt, wenn entweder der Spitzenfehlzündungs-Schwellenwert SCHSF oder der Integrationsfehlzündungs-Schwellenwert SCHIF überschritten werden (Schritt 970), stellt die Diagnose-Subroutine eine Teilverbrennung fest (Schritt 975). Wenn z. B. das für die aktuelle Zylinderbank in Fenster 2 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si2 (i = 1 oder 2) den Spitzenfehlzündungs-Schwellenwert SCHSF übersteigt, aber das für die aktuelle Zylinderbank in Fenster 2 abgetastete korrigierte Integrations-Ionisationssignal INTKi2 (i = 1 oder 2) nicht den Integrationsfehlzündungs-Schwellenwert SCHIF übersteigt (Schritt 970), stellt die Subroutine eine Teilverbrennung im entsprechenden Zylinder der aktuellen Bank fest (Schritt 975). Wenn hingegen das für die aktuelle Zylinderbank in Fenster 2 abgetastete korrigierte Integrations-Ionisationssignal INTKi2 (i = 1 oder 2) den Integrationsfehlzündungs-Schwellenwert SCHIF übersteigt, aber das für die aktuelle Zylinderbank in Fenster 2 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si2 (i = 1 oder 2) den Spitzenfehlzündungs-Schwellenwert SCHSF nicht übersteigt (Schritt 970), stellt die Subroutine eine Teilverbrennung in Bank 1 fest (Schritt 975).
  • Wenn weder Si2 noch INTKi2 (i = 1 oder 2) den jeweiligen Schwellenwert (SCHSF bzw. SCHIF) übersteigen, wird eine Fehlzündung festgestellt (Schritt 980). Wenn zum Beispiel das für die aktuelle Zylinderbank in Fenster 2 abgetastete Spitzen-Ionisationssignal Si2 (i = 1 oder 2) kleiner/gleich dem Spitzenfehlzündungs-Schwellenwert SCHSF ist, wird eine Fehlzündung für den entsprechenden Zylinder in der aktuellen Zylinderbank festgestellt (Schritt 980).
  • Der Spitzenfehlzündungs-Schwellenwert SCHSF und der Integrationsfehlzündungs-Schwellenwert SCHIF können als Funktion von Motordrehzahl und Motorlast bestimmt werden, da das Spitzen-Ionisationssignal Si2 (i = 1 oder 2) und das Integrations-Ionisationssignal INTKi2 (i = 1 oder 2) bei wechselnder Motordrehzahl und Motorlast variieren können. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann es sich beim Spitzenfehlzündungs-Schwellenwert SCHSF und beim Integrationsfehlzündungs-Schwellenwert SCHIF um konstante Werte handeln.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird die zur Durchführung von Motordiagnoseroutinen erforderliche Abtastrate im Vergleich zu herkömmlichen Motordiagnosesystemen und -verfahren um einen Faktor mindestens 100 reduziert. Die Motordiagnoseroutinen können in einem großen Bereich von Motordrehzahlen und Betriebsbedingungen durchgeführt werden. Auf diese Weise wird die Effizienz der Motordiagnose deutlich verbessert, und die Kosten des Diagnosesystems liegen unter denen herkömmlicher Systeme und Verfahren.
  • Die obige Darlegung beschreibt eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt aus einer derartigen Darlegung und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen ohne weiteres, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (12)

  1. Verfahren für die Motordiagnose unter Verwendung eines Ionisationssignals mit den folgenden Schritten, die während eines Verbrennungszyklus in einem Zylinder einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine ausgeführt werden: a. Ermitteln des Ionisationsstroms; b. Integrieren des Ionisationssignals über ein erstes Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Integrations-Ionisationswerts, wobei das erste Abtastfenster in der Zündphase liegt; c. Ermitteln eines Maximalwerts des Ionisationssignals im ersten Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Spitzen-Ionisationswerts; d. Integrieren des Ionisationssignals über ein zweites Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Integrations-Ionisationswerts, wobei das zweite Abtastfenster in der Nachzündungsphase liegt; e. Ermitteln eines Maximalwerts des Ionisationssignals im zweiten Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Spitzen-Ionisationswerts; f. Senden des ersten Integrations-Ionisationswerts und des ersten Spitzen-Ionisationswerts sowie des zweiten Integrations-Ionisationswerts und des zweiten Spitzen-Ionisationswerts an ein Motorsteuerungsmodul, g. Ausführen einer Motordiagnoseroutine.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen der Motordiagnoseroutine in einem Anlassmodus erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen der Motordiagnoseroutine in einem Normalbetriebsmodus ausgeführt wird und die Schritte a) bis e) aus Anspruch 1 für mindestens zwei Zylinderbänke durchgeführt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen der Motordiagnoseroutine folgende Schritte umfasst: a. Vergleichen des ersten Spitzen-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe; b. Feststellen eines Fehlers in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe, wenn der erste Spitzen-Ionisationswert unter dem Schwellenwert für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt; c. Vergleichen des zweiten Spitzen-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für Ionisierungssensor-Kurzschluss; d. Feststellen eines Ionisierungssensor-Kurzschluss-Fehlers, wenn der zweite Spitzen-Ionisationswert unter dem Schwellenwert für einen Ionisierungssensor-Kurzschluss liegt; und e. Durchführen einer Zylinderidentifizierungs-Subroutine, mit den folgenden Schritten: i. Subtrahieren des ersten Integrations-Ionisationswerts für einen Zylinder in einer zweiten Zylinderbank vom ersten Integrations-Ionisationswert für einen Zylinder in einer ersten Zylinderbank zur Erzeugung einer ersten Differenz; ii. Vergleichen der ersten Differenz mit dem Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert und Setzen eines Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichens für den im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder in der ersten Bank wenn die erste Differenz den Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert übersteigt; iii. Subtrahieren des ersten Integrations-Ionisationswerts für den Zylinder in der ersten Zylinderbank vom ersten Integrations-Ionisationswert für den Zylinder der zweiten Zylinderbank zur Erzeugung einer zweiten Differenz; und iv. Vergleichen der zweiten Differenz mit dem Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert und Setzen eines Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichens für den im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder in der zweiten Bank, wenn die zweite Differenz den Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert übersteigt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, mit den folgenden weiteren Schritten: a. Bestimmen, ob ein Kurbelwellensensor synchronisiert ist; b. Bestimmen, ob ein Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen gesetzt ist; c. Bestimmen, ob eine Spule in einer Zylinderbank geladen ist; und d. Ausführen einer Anlassmodus-Diagnoseroutine, wenn der Kurbelwellensensor synchronisiert ist, das Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen nicht gesetzt ist und die Zündspule in der Zylinderbank geladen ist.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 1, mit den folgenden weiteren Schritten: a. Bestimmen, ob ein Kurbelwellensensor synchronisiert ist; b. Bestimmen, ob ein Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen gesetzt ist; c. Bestimmen, ob eine Zündwinkelsteuerung aktiv ist; und d. Ausführen einer Diagnoseroutine für den Normalbetriebsmodus, wenn der Kurbelwellensensor synchronisiert ist, das Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen gesetzt ist und die Zündwinkelsteuerung aktiv ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen der Motordiagnoseroutine folgende Schritte umfasst: a. Vergleichen des ersten Spitzen-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe; b. Feststellen eines Fehlers der Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe, wenn der erste Spitzen-Ionisationswert unter dem Schwellenwert für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt; c. Vergleichen des zweiten Spitzen-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für Ionisierungssensor-Kurzschluss; d. Feststellen eines Ionisierungssensor-Kurzschluss-Fehlers, wenn der zweite Spitzen Ionisationswert unter dem Schwellenwert für Ionisierungssensor-Kurzschluss liegt; e. Vergleichen des ersten Integrations-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für offene Sekundärwicklung; f. Feststellen eines offenen Sekundärwicklungs-Fehlers, wenn der erste Integrations-Ionisationswert niedriger ist als der Schwellenwert für offene Sekundärwicklung; und g. Bestimmen, ob das Kraftstoffsystem aktiv ist.
  8. Computersystem für eine Motordiagnoseroutine einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung eines zylinderinternen Ionisationssignals mit den folgenden Merkmalen: a. einem Speicher, der ein Programm enthält, mit dem die folgenden Schritte während eines Verbrennungszyklus in einem Zylinder der fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine ausgeführt werden: i. Ermitteln des Ionisationsstroms; ii. Integrieren des Ionisationssignals über ein erstes Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Integrations-Ionisationswerts, wobei das erste Abtastfenster in der Zündphase liegt; iii. Ermitteln eines Maximalwerts des Ionisationssignals im ersten Abtastfenster zur Erzeugung eines ersten Spitzen-Ionisationswerts; iv. Integrieren des Ionisationssignals über ein zweites Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Integrations-Ionisationswerts, wobei das zweite Abtastfenster in der Nachzündungsphase liegt; v. Ermitteln eines Maximalwerts des Ionisationssignals im zweiten Abtastfenster zur Erzeugung eines zweiten Spitzen-Ionisationswerts; vi. Senden des ersten Integrations-Ionisationswerts und des ersten Spitzen-Ionisationswerts sowie des zweiten Integrations-Ionisationswerts und des zweiten Spitzen-Ionisationswerts an ein Motorsteuerungsmodul, und vii. Ausführen einer Motordiagnoseroutine; b. einem Prozessor für die Ausführung des Programms.
  9. Das Computersystem nach Anspruch 8, wobei das Programm außerdem die folgenden Schritte durchführt: a. Vergleichen des ersten Spitzen-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe; b. Feststellen eines Fehlers der Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe, wenn der erste Spitzen-Ionisationswert unter dem Schwellenwert für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt; c. Vergleichen des zweiten Spitzen-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für Ionisierungssensor-Kurzschluss; d. Feststellen eines Ionisierungssensor-Kurzschluss-Fehlers, wenn der zweite Spitzen-Ionisationswert unter dem Schwellenwert für Zylinderbanksensor-Kurzschluss liegt; und e. Durchführen einer Zylinderidentifizierungs-Subroutine durch i. Subtrahieren des ersten Integrations-Ionisationswerts für einen Zylinder in einer zweiten Zylinderbank vom ersten Integrations-Ionisationswert für einen Zylinder in einer ersten Zylinderbank zur Erzeugung einer ersten Differenz; ii. Vergleichen der ersten Differenz mit dem Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert und Setzen eines Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichens für die erste Zylinderbank, wenn die erste Differenz den Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert übersteigt; iii. Subtrahieren des ersten Integrations-Ionisationswerts für den Zylinder in der ersten Zylinderbank vom ersten Integrations-Ionisationswert für den Zylinder der zweiten Zylinderbank zur Erzeugung einer zweiten Differenz; und iv. Vergleichen der zweiten Differenz mit dem Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert und Setzen eines Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichens für die zweite Zylinderbank, wenn die zweite Differenz den Zylinderidentifizierungs-Schwellenwert übersteigt.
  10. Computersystem nach Anspruch 8, wobei das Programm eine Normalbetriebs-Diagnoseroutine durchführt und wobei die Normalbetriebs-Diagnoseroutine die folgenden Schritte umfasst: a. Vergleichen des ersten Spitzen-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe; b. Feststellen eines Fehlers der Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe, wenn der erste Spitzen-Ionisationswert unter dem Schwellenwert für Fehler in einer Spulen/Ionisierungssensor-Baugruppe liegt; c. Vergleichen des zweiten Spitzen-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für Ionisierungssensor-Kurzschluss; d. Feststellen eines Ionisierungssensor-Kurzschlussfehlers, wenn der zweite Spitzen-Ionisationswert unter dem Schwellenwert für Ionisierungssensor-Kurzschluss liegt; e. Vergleichen des ersten Integrations-Ionisationswerts mit einem Schwellenwert für offene Sekundärwicklung; f. Feststellen eines offenen Sekundärwicklungs-Fehlers, wenn der erste Integrations-Ionisationswert niedriger ist als der Schwellenwert für offene Sekundärwicklung; und g. Bestimmen, ob das Kraftstoffsystem aktiv ist.
  11. Computersystem nach Anspruch 8, wobei das Programm vor dem Durchführen einer Anlassmodus-Diagnoseroutine die folgenden Schritte durchführt: a. Bestimmen, ob ein Kurbelwellensensor synchronisiert ist; b. Bestimmen, ob ein Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen gesetzt ist; c. Bestimmen, ob eine Spule in mindestens einer Zylinderbank geladen ist; d. wobei das Programm die Anlassmodus-Diagnoseroutine durchführt, wenn der Anlasswellensensor synchronisiert ist, das Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen nicht gesetzt ist und eine Spule in mindestens einer Zylinderbank geladen ist.
  12. Computersystem nach Anspruch 8, wobei das Programm vor dem Durchführen einer Normalbetriebs-Diagnoseroutine die folgenden Schritte durchführt: a. Bestimmen, ob ein Anlasswellensensor synchronisiert ist; b. Bestimmen, ob ein Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen gesetzt ist; c. Bestimmen, ob eine Zündwinkelsteuerung aktiv ist; und d. Ausführen einer Diagnoseroutine für den Normalbetriebsmodus, wenn der Anlasswellensensor synchronisiert ist, das Nockenwellensynchronisierungs-Kennzeichen gesetzt ist und die Zündwinkelsteuerung aktiv ist.
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