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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Feuerungs- oder Zündzustand
für Verbrennungsmotoren,
das zwischen verschiedenen Feuerungs- oder Zündzuständen basierend auf einem Ionenstrom,
der bei der Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemischs in einer Motorverbrennungskammer
auftritt, unterscheiden kann, insbesondere solch ein Feuerungszustandsermittlungssystem
für Verbrennungsmotoren,
das basierend auf dem Ionenstrom und Kriechstrom exakt zwischen
verschiedenen Feuerungszuständen
unterscheiden kann einschließlich
dem Auftreten von Fehlzündung,
Verschmutzung (Glimmen) einer Zündkerze
verursacht durch Ablagerungen, wie etwa Ruß, Kohlenstoffrückständen, etc.
sowie ein Versagen in dem Zündsystem oder
in dem Kraftstoffversorgungssystem.
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In
einem Benzin- oder anderen fremdgezündeten Verbrennungsmotor wird
eine von einer Zündspule
erzeugte Hochspannung über
einen Zündverteiler
oder dergleichen an in den individuellen Zylindern eingebaute Zündkerzen
angelegt. Die von den Hochspannungen über dem Spalt zwischen den Zündkerzenelektroden
erzeugte Funkenentladung zündet
das Luft/Kraftstoffgemisch, was eine Feuerung oder ein Verbrennen
bewirkt. Unter gewissen Umständen
während
des Motorzünd/verbrennungstakts
läuft jedoch
die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs nicht normal ab, d.
h. Fehlzündung
tritt auf.
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Ursachen
von Fehlzündung
fallen in zwei Klassen, diejenigen, die dem Kraftstoffversorgungssystem
zuzuschreiben sind, und diejenigen, die dem Zündsystem zuzuschreiben sind.
Eine dem Kraftstoffversorgungssystem zuzuschreibende Fehlzündung ist
das Ergebnis von entweder übermäßig magerem
oder übermäßig fettem
Luft/Kraftstoffgemisch. In diesem Fall wird eine Funkenentladung über dem Spalt
der Zündkerze
erzeugt, aber das Luft/Kraftstoffgemisch zündet nicht. Eine dem Zündsystem
zuzuschreibende Fehlzündung
ist das Ergebnis einer Zündspulenverschmutzung
(Glimmen), verursacht durch Ablagerungen von Ruß, Kohlenstoffrückständen, Asche
von Kraftstoff und Öladditiven
etc., oder durch ein Problem im Zündkreis, das normale Funkenentladung
verhindert (Fehlfunkenbildung).
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Wenn
das Luft/Kraftstoffgemisch normal brennt, ist die Verbrennung von
Ionisation des Luft/Kraftstoffgemischs (genauer des Verbrennungsgases,
das durch normale Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs produziert
wird) begleitet, was einen Ionenstrom entstehen lässt. Wenn
Fehlzündung
eintritt und das Luft/Kraftstoffgemisch nicht brennt, ionisiert
das Luft/Kraftstoffgemisch nicht und kein Ionenstrom entsteht.
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7 zeigt
die Ionenstromwellenformen während
Fehlzündung
und normaler Verbrennung, in der die Entladung von einer Hochspannung
mit negativer Polarität
erzeugt ist. Wie gezeigt, schlägt
die Ionenstromwellenform während
normaler Verbrennung, d. h. wenn Ionen produziert sind, sofort direkt nach
der Entladung über
die Zündkerzenelektroden in
die Minusrichtung impulsartig aus (wie bei A in der Zeichnung zu
sehen), danach fließt
sie weiter im Verhältnis
zu dem Volumen und Anzahl der produzierten Ionen und geht schließlich auf
ein gegebenes Niveau zurück.
Während
Fehlzündung,
d. h. wenn Ionen nicht produziert sind, schlägt die Wellenform genau nach
dem Ende der Entladung sofort gerade in die Minusrichtung impulsartig
aus (wie bei A' in
der Zeichnung zu sehen) und geht dann unmittelbar auf ein gegebenes
Niveau zurück.
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Eine
oft verwendete Methode zur Erfassung von Fehlzündung ist daher gewesen, den
Ionenstrom (Stromwellenform), der während des Verbrennungstakts
auftritt, zu erfassen, wobei die Zündkerze, genauer deren Elektroden,
als ein Fühler
zur Erfassung von Ionenstrom verwendet wird und der erfasste Wert
mit einem vorgeschriebenen Wert verglichen wird, wie z. B. in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Hei (1993)-99956 gelehrt.
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Es
sollte erwähnt
sein, dass in der Figur die mit A, A', B und B' markierten Impulsspitzen scharfe Anstiege
sind, die durch induktives Rauschen aufgrund von elektromagnetischer
Induktion der Zündkerze
sofort verursacht sind.
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Unter
normaler Bedingung ist der Widerstand zwischen den Zündkerzenelektroden
fast unendlich. Folglich fließt
kein Strom über
die Elektroden, wenn Fehlzündung
auftritt und keine Ionen produziert werden. Wenn jedoch die vorher
genannte Zündkerzenverschmutzung
(Glimmen) auftritt, fällt der
Widerstand zwischen den Elektroden auf ein Niveau von ungefähr einigen
MΩ was
zu einem Kriechstromfluss auch während
Fehlzündung,
wenn keine Ionen erzeugt werden, führt. Dieser Kriechstrom kann
irrtümlicherweise
als der Ionenstrom erfasst werden, was exakte Fehlzündungserfassung
unmöglich
macht.
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Wenn
eine Zündkerze
verschmutzt wird (glimmt), kann keine Funkenladung über ihre
Elektroden springen und Fehlzündung
tritt auf. Wenn dies passiert, kann unverbrannter Kraftstoff nachteilig
einen Abgaskatalysator zerstören,
wenn nachgezündet
wird, oder kann nachteilig die Abgase verschlechtern. Daher ist
es erwünscht,
den Feuerungs- oder Zündzustand
einschließlich
Zündkerzenverschmutzung
(Glimmen) und Fehlzündung,
etc., exakt zu ermitteln und den Fahrzeugführer über das Ergebnis der Ermittlung
zu informieren.
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Abgesehen
vom oben genannten, ist die Kraftstoffzufuhr bei einigen Betriebszuständen des Fahrzeugs
zeitweise unterbrochen, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder
einige andere Größen zu verbessern.
Wenn die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist, da die Kraftstoffeinspritzmenge
auf ungefähr
Null gesetzt ist (d. h. das Luft/Kraftstoffverhältnis ist auf einen extrem
mageren Wert gesetzt), tritt keine Verbrennung ein und somit fließt kein
Ionenstrom. Dies ist eine Art von Fehlzündungszustand, sollte aber
von der normalen Fehlzündung
unterschieden sein, die dem Fahrzeugführer unbeabsichtigterweise
passiert. Jedoch kann der Stand der Technik möglicherweise diesen Zustand
nachteiligerweise als eine gewöhnliche
Fehlzündung
erfassen.
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Die
EP 0 810 368 A2 offenbart
eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Feuerungszustands für einen
Verbrennungsmotor gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die bekannte Vorrichtung erfasst
den Ionenstrom bzw. den Kriechstrom durch direkte Messung eines
Spannungsabfalls über einem
Erfassungswiderstand, wobei ein durch Verschmutzung der Zündkerze
hervorgerufener Kriechstrom in einem ersten Zeitfenster ermittelt
wird und ein durch vorzeitige Zündungen
hervorgerufener Ionenstrom in einem zeitlich nach dem ersten Zeitfenster
liegenden zweiten Zeitfenster ermittelt wird.
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Ferner
offenbart die
DE 100
21 569 A1 eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Feuerungszustands für einen
Verbrennungsmotor mit einer Zündkerze, umfassend
ein Ionenstromerfassungsmittel und ein Kriechstromerfassungsmittel,
wobei basierend auf Ausgaben der beiden Erfassungmittel ein Feuerungszustand
des Motors ermittelt wird. Das in der
DE 100 21 569 A1 beschriebene
System nutzt einen Integrator, welcher fortlaufend den über die
Zündkerze
fließenden
Strom integriert und zur Ausgabe an einen Mikroprozessor ausgibt.
Das Feuerungszustanderfassungmittel überwacht die Ausgabe des Integrators
und stellt die Überschreitung
eines Leckentscheidungsreferenzwerts fest.
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Zur
weiteren Illustration des Standes der Technik wird außerdem auf
die
EP 0 894 976 A2 hingewiesen,
welche die Ermittlung eines Feuerungszustands auf Grundlage einer
Ausgabe eines Kraftstoffunterbrechungserfassungsmittels offenbart.
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Aus
der
DE 196 48 969
C2 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Verbrennungszustands
in einem Verbrennungsmotor auf Grundlage eines Ionenstrom-Detektorsignals
bekannt, gemäß der ein Ausgleichsstrom
erzeugt wird, um eine dem Ionenstrom möglicherweise überlagerte
Kriechstromkomponente, die hervorgerufen wird durch Verschmutzung
oder Abnützung
der Zündkerze,
auszugleichen. Der Ausgleichsstrom wird gebildet nach Maßgabe eines
vor dem Zündzeitpunkt
erfassten Signals und eines unmittelbar nach dem Zündzeitpunkt
in Ansprechen auf ein Zünddetektorsignal
erfassten Signals.
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Aus
der
DE 195 17 140
C2 ist eine weitere Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen
in einem Verbrennungsmotor mit Hilfe der Messung eines durch eine
Zündkerze
fließenden
Ionenstroms bekannt, wobei ein Ionenstrom und ein durch Verminderung
des Isolationswiderstands der Zündkerze
entstehender Kriechstrom dadurch unterschieden werden, dass während einer
vorbestimmten Zeitdauer keine Erfassung des Ionenstroms stattfindet.
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Aus
der
DE 100 13 826
A1 ist eine Klopf-Unterdrückungs-Steuervorrichtung für einen
Verbrennungsmotor bekannt, die das Auftreten eines Klopfereignisses
auf Grundlage einer Pegeländerung
eines durch Zünden
einer Zündkerze
ausgelösten
Ionenstroms erfasst. Diese Steuervorrichtung bildet einen Integralwert
eines Ausgangspegels des Ionenstroms und zieht diesen zur Korrektur
des Klopfsignals in Abhängigkeit
von einer Änderung
der Größe der Ionenstroms,
die z. B. durch Austausch von Zündkerzen
hervorgerufen sein kann, heran.
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Eine
weitere Vorrichtung zur Klopf-Unterdrückung ist in der
JP 2001-073914 A1 offenbart.
Auch diese Vorrichtung ist mit einem Ionenstromsensor zur Erfassung
einen Ionenstromsignals versehen und umfasst ein Filter, um das
Klopfsignal von dem erfassten Ionenstromsignal zu trennen. Während eines Zeitfensters,
in dem kein durch ein Zündereignis
ausgelöster
Ionenstrom zu erwarten ist (z. B. während des Ansaugtakts oder
Ausstoßtakts
des Zylinders), wird das Erfassungssignal des Ionenstromsensors zur
Beurteilung des Verrußungszustands
der Zündkerze
herangezogen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Probleme zu überwinden
und ein Feuerungszustandsermittlungssystem für Verbrennungsmotoren bereitzustellen,
das den Feuerungs- oder Zündzustand
einer Zündkerze
einschließlich dem
Auftreten von Zündkerzenverschmutzung
(Glimmen) ermitteln kann sowie den Fehlzündungszustand aufgrund von
Kraftstoffzufuhrunterbrechung von gewöhnlichen Fehlzündungen
unterscheiden kann.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Um
ein Feuerungszustandsermittlungssystem für Verbrennungsmotoren bereitzustellen,
das den Fahrzeugführer über das
Ergebnis der Ermittlung informieren kann, und um es so zu ermöglichen, Abgasverschlechterung
zu vermeiden, umfasst die Vorrichtung in einer Ausführungsvariante
Informationsmittel zum Informieren eines Fahrzeugsführers über den
ermittelten Feuerungszustand.
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Diese
und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung samt Zeichnung. Es zeigt:
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1 ein
erklärendes
Schaltdiagramm, das einen Zündkreis
zur Erzeugung eines Funkens in einer Zündkerze, sowie einen Ionenstromdetektor
zur Erfassung während
der Verbrennung erzeugten Ionenstroms eines Feuerungszustands-ermittlungssystems
für Verbrennungsmotoren
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein
schematisches Schaltdiagramm, das die Gesamtkonfiguration des Feuerungszustands-ermittlungssystems
für Verbrennungsmotoren
gemäß der Ausführungsform
zeigt;
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3 ein
Blockdiagramm, das die in 2 in Blockform
dargestellten Schaltungen zeigt;
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4 ein
Zeitdiagramm, das die Ausgaben (erfasste Stromwellenformen und Pulse)
in einem Feuerungs zustandsermittlungssystem während normaler Feuerung oder
Verbrennung zeigt;
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5 ein
Flussdiagramm, das die Arbeitweise des in 1 dargestellten
Feuerungszustandsermittlungssystems für Verbrennungsmotoren darstellt;
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6 eine
Tabelle, die das von dem in Flussdiagramm in 5 dargestellten
Algorithmus erhaltene Ermittlungsergebnis darstellt; und
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7 ein
Zeitdiagramm, das die Ionenstromwellenformen während Fehlzündung und normaler Verbrennung
des Verbrennungsmotors zeigt.
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Ein
Feuerungszustandsermittlungssystem für Verbrennungsmotoren gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
erklärt.
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1 ist
ein Teilschaltdiagramm eines Feuerungszustandsermittlungssystems
gemäß der Ausführungsform,
welches einen Zündkreis
zur Erzeugung eines Funkens in einer Zündkerze und einen Ionenstromdetektor
zur Erfassung des während
der Verbrennung erzeugten Ionenstroms (und Kriechstrom aufgrund
von Zündkerzenverschmutzung) zeigt.
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Wie
dargestellt, umfasst das Feuerungszustandsermittlungssystem eine
Zündspule 10,
deren primärseitige
Spule (Niederspannungsseite) 10a mit einem Ende mit einer
elektrischen Energiequelle (Bordbatterie) 12 verbunden
ist und an ihrem anderen Ende über
einen Leistungstransistor 16 geerdet ist, der durch ein
Zündsignal
von einer ECU (Elektronischen Steuereinheit) 14 in den
AN oder AUS-Zustand geschalten werden kann.
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Ein
Ende der sekundärseitige
Spule (Hochspannungsseite) 10b der Zündspule 10 ist mit
der Mittelelektrode 24a der Zündkerze 24 verbunden,
die in einer Verbrennungskammer 22 von jedem Zylinder (nur
einer ist als entsprechender Teil des Zylinderkopfs 18 gezeigt)
eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors (nur durch den Zylinder
etc. dargestellt) 20 eingebaut ist. Die Erdungs-(Aussen)-Elektrode 24b der
Zündkerze 24 ist über den
Zylinderkopf 18 geerdet. Dem Entladungsabschluss folgend
arbeitet die Zündkerze 24 auch
als ein Fühler
zur Erfassung von Ionenstrom.
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Das
andere Ende der Sekundärspule 10b der
Zündspule 10 ist
mit einem Ionenstromdetektor (Stromerfassungsschaltkreis) 30 verbunden.
Der Ionenstromdetektor 30 umfasst eine Parallelschaltung eines
Ionenstromerfassungskondensators 32, um durch den Entladestrom
in die dargestellte Polarität geladen
zu werden und einer Zener-Diode 34, die die Ladespannung
des Ionenstromerfassungskondensators 32 reguliert, einen
Erfassungswiderstand 36, durch den der Ionenstromerfassungskondensator 32 geerdet
ist, und eine Diode 38, die den Rückstromfluss verhindert, wodurch
die Zener Diode 34 geerdet ist.
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Die
ECU 14 umfasst einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem
ROM, einem RAM und Eingabe-/Ausgabeschaltungen. Ausgaben einer Gruppe von
Sensoren werden in diese eingegeben, wobei die Gruppe von Sensoren
einen Kurbelwinkelsensor 40 umfasst, der in der Nähe der Kurbelwelle
oder der Nockenwelle (keine von beiden gezeigt) des Motors 20 eingebaut
ist und eine das TDC (Top dead center) der individuellen Zylinder
und Einheitskurbelwinkel (erhalten durch Teilung der Intervalle
zwischen den TDCs) darstellende Signal ausgibt, einen Ansaugunterdruckfühler 42,
der ein den absoluten Druck (PBA) in der Luftansaugleitung darstellendes
Signal ausgibt, und andere nicht in der Zeichnung gezeigte Sensoren.
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Die
ECU 14 ist über
eine Treiberschaltung (nicht gezeigt) mit einer Warnlampe 44 verbunden, die
in einer Position in der Nähe
des Fahrzeugführersitzes
(nicht gezeigt) eingebaut ist. Die ECU 14 informiert den
Fahrzugführer über das
Ergebnis der Ermittlung, indem sie die Lampe 44 von AUS
auf AN setzt, wenn ermittelt ist, dass die Zündkerze 24 verschmutzt
ist (glimmen) oder wenn ermittelt ist, dass Fehlzündung oder
ein Fehler aufgetreten ist.
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Die
Arbeitsweise der dargestellten Anordnung wird nun erklärt.
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Der
Stromfluss von der Energiequelle 12 über die Primärspule 10a wird
durch den Leistungstransistor 16 in Antwort auf das von
der ECU 14 gesendete Zündsignal
(Zündbefehlstrompuls)
geschalten (AN und AUS geschalten).
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Wenn
der Zündbefehlpuls
von AN auf AUS gesetzt ist, d. h. wenn der Stromfluss durch die
Primärspule 10a durch
Schaltung des Leistungstransistors 16 von AN auf AUS unterbrochen
ist, wird eine Hochspannung mit negativer Polarität gleichzeitig
in der Sekundärspule 10b erzeugt.
Deshalb fließt
der Entladestrom wie durch die abwechselnd lang kurz gestrichelte
Linie in 1 gezeigt. Insbesondere erzeugt
Strom über
den Weg der Zündkerze 24 → Sekundärspule 10b → Ionenstromerfassungskondensator 32 (oder
Zenerdiode 34) → Diode 38 fließend eine Funkenentladung über den
Spalt der Zündkerze 24 (zwischen
der Mittelelektrode 24a und Masseelektrode 24b),
die das Luft/Kraftstoffgemisch in der Zylinderverbrennungskammer
zündet
oder feuert und Verbrennung bewirkt.
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Der
Entladestrom lädt
den Kondensator 32 in die wie in der Figur dargestellten
Polarität
auf. Wenn dieser Kondensator 32 geladen ist, funktioniert
er wie eine Stromerfassungsenergiequelle mit einer Vorspannung zur
Erfassung von Ionenstrom und Kriechstrom.
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Während der
durch eine Funkenentladung an der Zündkerze 24 ausgelösten Verbrennung
des Luft/Kraftstoffgemischs ionisiert das Luft/Kraftstoffgemisch
(genauer das Verbrennungsgas, das durch normale Verbrennung des
Luft/Kraftstoffgemischs erzeugt wird). Die erzeugten Ionen wandern
aufgrund des Effekts der Vorspannung des Ionenerfassungskondensators 32 und
ihre daraus resultierende Anwesenheit zwischen den Elektroden der
Zündkerze 24 erniedrigt
den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden. Als ein Ergebnis
fließt
der Ionenstrom über
den Weg des Ionenstromerfassungskondensators 32 → Sekundärspule 10b → Zündkerze 24, wie
durch die abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie in 1 dargestellt.
Der zu diesem Zeitpunkt auftretende Ionenstrom veranlasst, dass sich
der Spannungsabfall über
den Erfassungswiderstand 36 ändert. Der Ionenstromdetektor 30 gibt
diese Spannungsänderung,
d. h. die Ionenstromwellenform, an einen Wellenformkonverter aus,
der später erklärt wird.
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Wenn,
wie oben erwähnt,
die Mittelelektrode 24a oder die Masseelektrode 24b der
Zündkerze 24 durch
Ablagerungen von Ruß,
Kohlenstoffrückständen, Asche
von Kraftstoff und Öladditiven,
etc. verschmutzt ist (glimmt), fällt
der Widerstand zwischen den Elektroden und der Kriechstrom kann
entlang des gleichen Wegs wie der des Ionenstroms fließen. Dieser
Kriechstrom kann in der gleichen Art erfasst werden wie der Ionenstrom.
Der später
zu erklärende Ionenstromdetektor
wird auch auf die Kriechstromerfassung angewendet.
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Die
ECU berechnet einen Zündzeitpunkt
basierend auf den eingegebenen, von dem Kurbelwellensensor 40,
von dem Ansaugunterdruckfühler 42 und
anderen Sensoren gesendeten Werten und erzeugt ein Zündbefehlpuls,
in einer Weise, dass Zündung
zum berechneten Zündzeitpunkt
auftritt. Sie ermittelt auch den Feuerungszustand basierend auf
einem von einem Integrator (wird später erklärt) ausgegebenen Integralwert
(Spannung) und basierend auf der Bestimmung, ob der Motor im Kraftstoffunterbrechungszustand
ist.
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2 ist
ein schematisches Schaltdiagramm, das die Gesamtkonfiguration des
Feuerungszustandsermittlungssystems für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Teil des Zündkreises aus 2 ist
weggelassen aus Gründen
der einfacheren Darstellung.
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Bevor
jedoch auf eine Erklärung
der 2 eingegangen wird, wird zum leichten Verständnis die Arbeitsweise
der Schaltung mit Bezug auf 3 allgemein
erklärt.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das die Schaltung von 2 in Blockform
darstellt.
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Die
im Ionenstromdetektor 30 erfasste Ionenstromwellenform
wird zu einem Wellenformkonverter 50 weitergeleitet, der
die Wellenform einer Polaritätsumkehr
und einer Spannungsreduzierungsverarbeitung unterwirft.
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Die
in dem Wellenformkonverter 50 der Polaritätsumkehr
und Spannungsreduktion unterworfene Wellenform wird dann an einen
Integrator 60 eingegeben, der eine Integrationsverarbeitung
durchführt, um
das Zeitintegral des Ionenstroms zu bestimmen. Als ein Ergebnis
wird ein Ausgabesignal proportional zum Zeitintegral erhalten.
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Nach
Polaritätsumkehr
und Spannungsreduktion in dem Wellenformkonverter 50 wird
die Ionenstromwellenform auch an eine Integrationsdauereinstelleinheit 70 geschickt.
Die Integrationsdauereinstelleinheit 70 führt die
Ionenstromwellenform durch ein internes Tiefpassfilter, um andere
Frequenzbandkomponenten (Rauschen) als die Ionenstromfrequenzbandkomponenten
zu dämpfen,
und stellt ein oder bestimmt die Ionenstromintegrationsdauer im
Verhältnis
zu der Zeitdauer, während
der der Ionenstrom weiterhin auftritt, wobei die Integrationsdauer
durch den Integrator 60 eingestellt wird.
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Die
Ausgabe der Integrationsdauereinstelleinheit 70 wird an
eine Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit (Schaltung) 80 geschickt,
die die von der Integrationsdauereinstelleinheit 70 eingestellte
Integrationsstartzeit auf einen Zeitpunkt verzögert (maskiert), der Vermeidung
des Effekts von induktivem Rauschen ermöglicht. Die Ausgabe der Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 wird
an die Integration AN/AUS-Einheit 90 geschickt, die arbeitet,
um in Antwort auf die Integrationsdauer und Integrationsstartzeit,
die von der Integrationsdauereinstelleinheit 70 und der
Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 eingestellt
oder bestimmt wurden, die Eingabe der Ionenstromwellenform an den
Integrator 60 AN und AUS zu schalten. Die Integration durch
den Integrator 60 ist somit auf eine gewünschte Zeitdauer
limitiert, d. h. nur auf die Zeitdauer während der Ionenstrom weiterhin
auftritt.
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Die
von dem Integrator 60 über
die Integrationszeitdauer berechnete Ausgabe wird auf ihren Anfangswert
(Null) durch eine Integrationszurücksetzungseinheit 100 zurückgesetzt,
wenn ein Zündzeitpunktsignal θig1 (in
Kurbelwinkel), das den Zündbefehl
an die Zündkerze 24 anzeigt,
erzeugt ist und wenn ein anderes Signal θig2 (in Kurbelwinkel) zu einem
späteren
Zeitpunkt als der Zündzeitpunkt θig1 erzeugt
ist (spezieller nachdem die Ionenstromerfassung abgeschlossen ist).
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Mit
Bezug auf 2 wird die vorhergehende Konfiguration
und ihre Wirkungsweise nun im Detail erklärt.
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Wie
zuerst in dem vorhergehenden gezeigt, erfasst der Ionenstromdetektor 30 die
durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs erzeugte Ionenstromwellenform
(genauer Spannungswellenform) und die erfasste Ionenstromwellenform
wird an den Wellenformkonverter 50 ausgegeben.
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4 ist
ein Zeitdiagramm, das die Ausgaben (erfasste Stromwellenformen und
Pulse) in dem Feuerungszustandsermittlungssystem der vorliegenden
Ausführungsform
darstellt. Das Zeitdiagramm von 4 ist für den Fall
der normalen Verbrennung, aber beinhaltet einige der Fälle von
Fehlzündung
und Zündkerzenverschmutzung.
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Wie
in 4 gezeigt, schlägt die von dem Ionenstromdetektor 30 (speziell
dem Erfassungswiderstand 36) erfasste Ionenstromwellenform
sofort in die Minusrichtung impulsartig aus aufgrund von induktivem
Rauschen direkt nach der Entladung über den Spalt der Zündkerzen 24,
danach fließt
der Strom weiter im Verhältnis
zu dem Volumen oder der Anzahl von erzeugten Ionen und geht schließlich auf
ein gegebenes Niveau zurück.
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Die
in dem Ionenstromdetektor 30 erfasste Ionenstromwellenform
wird an den Wellenstromkonverter 50 weitergeleitet, in
dem ihre Polarität
umgekehrt wird und die Spannung erniedrigt wird, und wird dann an
den Integrator 60 geschickt. Nach Polaritätsumkehr
und Spannungsreduzierung im Wellenformkonverter 50 wird
die Ionenstromwellenform auch an die Integrationsdauereinstelleinheit 70 geschickt,
in der die Ionenstromwellenform an den negativen (invertierten)
Anschluss eines Integrationsdauereinstellkomparators 72 eingegeben
wird. Der positive (nicht invertierte) Anschluss des Komparators 73 wird
mit einer Referenzspannung versorgt und vergleicht die Eingaben.
Wenn die Ionenstromwellenform höher
ist, gibt er ein niedriges Signal aus, während er ein hohes Signal ausgibt,
wenn die Referenzspannung höher
ist.
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Die
Ausgabe des niedrigen Signals des Integrationsdauereinstellkomparators 72 ist
die Zeitdauer der Integration, die in dem Integrator 70 durchgeführt wird,
und somit die Ionenstromerfassungsdauer zur Erfassung von Fehlzündung. Da
die Integrationsdauereinstelleinheit 70 somit die Zeitdauer basierend
auf der Ionenstromwellenform (der Dauer des Auftretens von Ionenstrom)
einstellt, werden Ströme,
die ausserhalb der Dauer des Ionenstromsauftretens aufgrund von
verschiedenen Arten von Rauschen und anderen Gründen entstehen, nicht erfasst
und werden somit abgehalten, einen Effekt auf die Fehlzündungserfassung
zu haben. Als ein Ergebnis ist eine falsche Fehlzündungserfassung
aufgrund solcher Ströme
verhindert und eine exakte Fehlzündungserfassung
ist gesichert.
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Der
Ausgangspuls der Integrationsdauereinstelleinheit 70 wird
an die Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 geschickt.
Die Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 verzögert den
Startpunkt der Integration, d. h. stellt ein oder bestimmt die Maskierdauer
am Anfang der Integration. Insbesondere wird dies durch Verzögerung des
Invertierungszeitpunkts des Ausgabepuls von der Einheit 70 durch
das Laden/Entladen des Verarbeitungsverzögerungskondensators 82 gemacht.
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Die
so erhaltene Stromwellenform wird an den positiven Anschluss des
Verarbeitungsverszögerungskomparators 84 eingegeben.
Der negative Anschluss des Komparators 84 wird mit einer
Referenzspannung versorgt. Er vergleicht die Eingaben und gibt ein
hohes Signal aus, wenn die Stromwellenform höher als die Referenzspannung
ist. Wie aus 4 zu sehen ist, ist der Invertierungszeitpunkt
des schließlich
von der Integrationsverarbeitungsverzögerungseinheit 80 erhaltenen
Ausgabepuls mit einer gewissen Zeit vom Start des Auftretens des
Ionenstroms verzögert.
Wie oben erwähnt,
wird die Eingabe der Ionenstromwellenform 60 zum Integrator
AN und AUS gesetzt durch AN/AUS-Betätigung eines FET (Feld Effekt
Transistors) 92 der Integration AN/AUS-Einheit 90 basierend
auf diesem Ausgabepuls, dessen Invertierungszeitpunkt verzögert worden
ist.
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Die
Verzögerungszeit
variiert mit der Kapazität
(Maß für die Zeitkonstante)
des Verarbeitungsverzögerungskondensators 82 und
mit der Größe der Referenzspannung.
Deshalb kann durch geeignetes Einstellen oder Bestimmen einer oder
beider dieser Werte die Länge
der Verzögerungszeit
auf einen Wert eingestellt werden, der den Einfluß von induktivem
Rauschen eliminiert. Da dies es möglich macht, den Bereich der
von dem Wellenformkonverter 50 ausgegebenen Ionenstromwellenform,
der der Dauer des Auftretens von induktivem Rauschen entspricht, zuverlässig zu
maskieren, kann falsche Fehlzündungserfassung,
die durch induktives Rauschen verursacht wird, verhindert werden,
um eine noch exaktere Fehlzündungserfassung
zu erhalten.
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Die
Ausgabe des Integrators 60 wird an die ECU 14 geschickt,
wo die Ausgabe zu einem vorbestimmten ersten Zeitpunkt gelesen wird
(zu einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition; dargestellt als ”T1” in 4),
nachdem der Ionenstrom aufhört
aufzutreten.
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Die
Spannung des Integrationskondensators 62 wird durch die
Integrationszurücksetzeinheit 100 zurückgesetzt,
wenn das Zündzeitpunktsignal θig1 erzeugt
ist und wenn das andere Signal θig2
erzeugt ist. Insbesondere setzt die Einheit 100 durch das
Anschalten eines Schalters 64 auf AN zurück, um den Kondensator 62 zu
veranlassen, jedes mal, wenn das Signal θig1 oder θig2 erzeugt ist, in den Integrator 60 zu
entladen. Der in 4 dargestellte Primärstrom zeigt
den Stromfluss durch die Primärspule 10a der Zündspule 10 an.
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Die
ECU 14 liest den Ausgang des Integrators 60 zu
einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt (zu einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition;
dargestellt als ”T2” in 4),
was später
als die Erzeugung des ersten Signals θig1 ist. Somit ermittelt die ECU 14 basierend
auf den gelesenen Werten zu einem vorbestimmten ersten und zweiten
Zeitpunkt T1, T2 den Feuerungszustand des Motors 20. Der
Feuerungszustand beinhaltet normal, Fehlzündung, Zündkerzenverschmutzung (Glimmen)
und einen Systemfehler.
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Basierend
auf dem oberen wird die Arbeitsweise des Feuerungszustandsermittlungssystems für Verbrennungsmotoren
gemäß der Ausführungsform
nun mit Bezug auf das Fließdiagramm
der 5 erklärt.
Das Programm des Fließdiagramms
wird ausgeführt
zu einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition.
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Das
Programm beginnt in S10, in dem bestimmt wird, ob es der vorbestimmte
erste Zeitpunkt T1 ist, und wenn das Ergebnis negativ ist, wird
das Programm sofort beendet. Wenn das Ergebnis bejahend ist, geht
das Programm zu S12, in dem die Ausgabe (integrierter Wert) zu diesem
Zeitpunkt eingelesen ist, d. h. der Ionenstrom zu diesem Zeitpunkt
erfasst ist.
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Das
Programm geht dann zu S14, in dem bestimmt wird, ob die Ausgabe
(integrierter Wert) Hi ist. Hier zeigt ”Hi” an, dass die eingelesene
Ausgabe bei T1 höher
ist, als ein vorbestimmter erster Schwellenwert und zeigt an, dass
der Fluss des Ionenstroms einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet,
und somit der Feuerungszustand des Motors 20 normal ist.
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Wenn
das Ergebnis bejahend ist, geht das Programm zu S16, in dem bestimmt
wird, ob es der vorbestimmte zweite Zeitpunkt T2 ist. Wenn das Ergebnis
negativ ist, springt das Programm zurück, bis das Ergebnis bejahend
wird. Wenn es so ist, geht das Programm zu S18, in dem die Ausgabe
zu diesem Zeitpunkt wieder eingelesen (erfasst) wird. Das Programm
geht dann zu S20, in dem bestimmt wird, ob die Ausgabe (integrierter
Wert), Hi ist. In ähnlicher Weise
zeigt ”Hi” an, dass
die eingelesene Ausgabe bei T2 höher
ist als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert. Der vorbestimmte
zweite Schwellenwert kann der gleiche sein, wie der vorbestimmte
erste Schwellenwert oder kann sich hiervon unterscheiden. Da die
Ausgabe, wie in 4 dargestellt, durch das zweite
Signal θig2
zurückgesetzt
worden ist, zeigt die Tatsache, dass die Ausgabe bei T2 Hi ist, an,
dass anderer als der Ionenstrom, d. h. Kriechstrom, fließt, und
dessen Fluss einen vorgeschriebenen Referenzwert überschreitet.
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Wenn
das Ergebnis negativ ist, geht das Programm zu S22, in dem bestimmt
wird, ob die Kraftstoffunterbrechung im Motor 20 im Gange
ist. Die Kraftstoffunterbrechung wird bestimmt mit Hilfe einer Kraftstoffdosiersteuer/regelroutine,
in der die Kraftstoffversorgung als unterbrochen bestimmt ist, und das
Bit eines Flags wird auf eins gesetzt, wenn das Drosselventil fast
oder vollständig
geschlossen ist und wenn die Motordrehzahl NE gleich oder größer als
eine vorbestimmte Drehzahl ist. Die Bestimmung dieses Schritts wird
durchgeführt
durch Überprüfen des
Bits des Flags.
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Wie
oben erwähnt,
wird der Feuerungszustand bei Kraftstoffunterbrechung ein Fehlzündungszustand
sein und kein Ionenstrom wird fließen. Folglich muss das Ergebnis
in S14 negativ sein, wenn die Kraftstoffunterbrechung im Gange ist.
Wenn das Ergebnis in S22 bejahend ist, geht aus diesem Grund das
Programm zu S24, in dem ermittelt wird, dass die Kraftstoffunterbrechung
versagt hat, in anderen Worten, die Kraftstoffversorgung nicht vollständig geschlossen
ist aufgrund eines Fehlers (vermutlich eines Fehlers, der im Kraftstoffversorgungssystem
aufgetreten ist). Das Programm geht als nächstes zu S26, in dem ein Befehl
erzeugt wird, die Warnlampe 44 AN zuschalten, um den Fahrzeugführer zu
warnen, und das Programm wird beendet.
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Wenn
das Ergebnis in S22 negativ ist, geht das Programm andererseits
zu S28, in dem ermittelt wird, dass Verbrennung stattgefunden hat
und der Feuerungszustand des Motors 20 normal ist, und
das Programm wird dann beendet. Wenn das Ergebnis in S20 bejahend
ist, anzeigend, dass Kriechstrom fließt, geht das Programm zu S30,
in dem bestimmt wird, dass die Zündkerze
verschmutzt ist (glimmt) oder ein Fehler im Zündsystem oder im Kraftstoffversorgungssystem
aufgetreten ist. Das Programm geht dann zu S26, um den Fahrzeugführer über die
Tatsache zu informieren.
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Wenn
das Ergebnis in S14 negativ ist, geht das Programm zu S32 und bei
Bestätigung
des Eintreffens des Zeitpunkts T2 geht das Programm zu S34, um die
Ausgabe zu diesem Zeitpunkt einzulesen (erfassen), und zu S36, in
dem bestimmt wird, ob die Ausgabe Hi ist. Wenn das Ergebnis negativ
ist, geht das Programm zu S38, in dem bestimmt wird, ob die Kraftstoffunterbrechung
im Gange ist.
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Wenn
das Ergebnis in S38 negativ ist, geht das Programm zu S40, in dem
ermittelt wird, dass Fehlzündung
aufgetreten ist, oder ein Fehler im Zündsystem oder im Kraftstoffversorgungssystem aufgetreten
ist, und geht zu S26, um den Fahrzeugführer über die Tatsache zu informieren.
Wenn das Ergebnis in S38 bejahend ist, geht das Programm andererseits
zu S42, in dem ermittelt wird, dass Verbrennung stattgefunden hat
und der Feuerungszustand des Motors 20 normal ist.
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Im
Gegenteil sollte daher das Ergebnis in S36 normalerweise negativ
sein, wenn das Ergebnis S36 bejahend ist, da das Ergebnis in S14
negativ gewesen ist. Demzufolge geht das Programm zu S44, in dem
ermittelt wird, dass ein Fehler im Zündsystem oder im Kraftstoffzuleitungssystem
aufgetreten ist, und geht dann zu S26, um den Fahrzeugführer über die
Tatsache zu informieren.
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Wie
vorher erwähnt,
wird der Ionenstrom in diesem System zu einem vorbestimmten ersten
Zeitpunkt T1 erfasst und der Kriechstrom wird zu einem vorbestimmten
zweiten Zeitpunkt T2 erfasst (der später ist als T1 oder diesem
nachfolgt) und der Feuerungszustand des Motors 20 wird
basierend auf dem erfassten Ionenstrom und Kriechstrom ermittelt.
Damit wird es möglich,
exakt zu unterscheiden, ob der Feuerungszustand normal ist oder
Fehlzündung stattgefunden
hat oder die Zündkerze 24 verschmutzt
ist (glimmt) oder ein Fehler im Zündsystem oder im Kraftstoffzuleitungssystem
aufgetreten ist.
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Ferner
ist die Systemkonfiguration einfach, da der Ionenstrom und der Kriechstrom
mit derselben Hardware erfasst werden können.
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Ferner
wird es möglich,
wie es aus dem in dem Fließdiagramm
von 5 dargestellten Algorithmus verständlich ist,
den Feuerungszustand in einer präzisen
und vereinfachten Weise zu unterscheiden, da der Feuerungszustand
aus der Kombination der den Ionenstrom oder Kriechstrom (d. h. ”Hi” oder nicht
(niedrig)) angebenden Ausgaben ermittelt wird.
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6 ist
eine Tabelle, die die Kombination des erfassten Ionenstroms und
Kriechstroms und ein aus den Kombinationen erhaltenes Ergebnis der
Ermittlung zeigt.
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Ferner
wird es möglich,
den Feuerungszustand spezieller zu unterscheiden, da der Feuerungszustand
als einer aus normal, Zündkerzenverschmutzung,
Fehlzündung
und Systemfehler ermittelt ist.
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Ferner
wird es möglich,
normale Fehlzündung
von Fehlzündungszustand
während
der Kraftstoffunterbrechung zu unterscheiden, da der Feuerungszustand
ermittelt wird, nachdem bestimmt wurde, ob die Kraftstoffunterbrechung
im Motor 20 im Gange ist.
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Weiterhin
wird es möglich,
weitere Verschlechterung der Abgase etc. zu vermeiden, da der Fahrzeugsführer über den
Feuerungszustand informiert ist, insbesondere, wenn der Feuerungszustand einer
von Zündkerzenverschmutzung,
Fehlzündung oder
Systemfehler ist, da die Warnlampe 44 angeschalten ist,
um den Fahrzeugführer
zu warnen.
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Wie
im vorhergehenden beschrieben wurde, ist die Ausführungsform
konfiguriert mit einem System zur Ermittlung eines Feuerungszustandes
für einen
Verbrennungsmotor 20 mit einer Zündkerze 24, die in
einer Verbrennungskammer 22 eines Zylinders des Motors
angeordnet ist und mit einer Zündspule 10 verbunden
ist, die Funkenentladung erzeugt, wenn sie mit Entladestrom von
der Zündspule
versorgt wird, um ein Luft/Kraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer
zu zünden;
umfassend:
Ionenstromerfassungsmittel 14, 30,
S10–S12
zur Erfassung von Ionenstrom, der während der Verbrennung des Luftkraftstoffgemischs
fließt,
zu einem vorbestimmten ersten Erfassungszeitpunkt T1;
Kriechstromerfassungsmittel 14, 30,
S16–S18, S32–S34 zur
Erfassung von Kriechstrom, der über die
Elektroden der Zündkerze
fließt,
zu einem vorbestimmten zweiten Zeitpunkt T2, der später als
der vorbestimmte erste Zeitpunkt T1 ist; und
Feuerungszustandsermittlungsmittel 14,
S14, S20, S24, S28–S30,
S36, S40–S44
zur Ermittlung eines Feuerungszustandes des Motors basierend auf
Ausgaben des Ionenstromerfassungsmittels und des Kriechstromerfassungsmittels.
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In
dem System ermittelt das Feuerungszustandsermittlungsmittel den
Zustand des Motors basierend auf der Kombination der Ausgaben des
Ionenstromerfassungsmittels und Kriechstromerfassungsmittels.
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In
dem System ermittelt das Feuerungszustandsermittlungsmittel als
Feuerungszustand mindestens einen der folgenden Zustände Normalzustand,
Fehlzündung,
Zündkerzenverschmutzung
und Fehler in einem Zündsystem
oder in einem Kraftstoffversorgungssystem.
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Das
System umfasst ferner Kraftstoffunterbrechungserfassungsmittel 14,
S22, S38 zur Erfassung, ob eine Kraftstoffunterbrechung im Motor
im Gange ist;
und das Feuerungszustandermittlungsmittel ermittelt den
Feuerungszustand auf der Grundlage einer Kombination der Ausgaben
des Ionenstromerfassungsmittels und des Kriechstromerfassungsmittels und
einer Ausgabe des Kraftstoffunterbrechungserfassungsmittels.
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Das
System umfasst ferner: Informationsmittel 14, 44,
S26, zum Informieren eines Fahrzeugführers über den ermittelten Feuerungszustand.
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In
dem System erfasst das Ionenstromerfassungsmittel den Ionenstrom
als einen über
eine Zeitdauer integrierten Wert und das Kriechstromerfassungsmittel
erfasst den Kriechstrom als einen über eine Zeitdauer integrierten
Wert.