DE19927254A1 - Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Zum Erzielen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung, bei der der Detektionsbereich optimiert ist, um hierdurch eine Verbesserung des S/N-Verhältnisses zu ermöglichen, wodurch wiederum eine Verbesserung der Detektionsgenauigkeit für den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors insbesondere der Genauigkeit der Klopfdetektion möglich ist, enthält die Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor eine Zündkerze (4), die eine Ladung bewirkt, durch Anlegen der hohen Zündspannung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, eine Vorspann-Schaltung (5) zum Anlegen einer Vorspann-Spannung an die Zündkerze, eine Stromdetektorschaltung (21) zum Detektieren eines Ionenstroms gemäß der Menge der Ionen, die in dem Zylinder erzeugt werden, in dem die Luft-Kraftstoff-Mischung verbrannt wird, und zwar als Ionenstrom-Detektionssignal, eine Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung (24-27) zum Erzeugen eines Klopfentscheidungssignals zum Darstellen des Auftretens eines Zustands des Ionenstrom-Detektionssignals, und eine ECU-Einheit (15) zum Detektieren des Verbrennungszustands in der Zündkerze auf der Grundlage des Ionenstrom-Detektionssignals und des Klopfentscheidungssignals. Die Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung setzt eine Detektionsperiode des Klopfentscheidungssignals auf der Grundlage eines Integrierwerts des Ionenstrom-Detektionssignals.

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft einen Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung, die einen Verbrennungszustand eines Verbrennungszustandsmotors durch Detektion einer Änderung der Ionenmenge detektiert, die im Zeitpunkt der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor erzeugt werden, und insbesondere eine Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, die in der Lage ist, eine Klopfdetektion oder Fehlzündungsdetektion genau durchzuführen.

Allgemein erfolgt in einem Verbrennungsmotor, der durch mehrere Zylinder angetrieben wird, eine Komprimierung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das aus Luft und Kraftstoff besteht und in die Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder eingeführt wird, durch Aufwärtsbewegung der Kolben, und elektrische Funken werden durch Anlegen einer hohen Zündspannung an die Zündkerzen erzeugt, die in den jeweiligen Verbrennungskammern angeordnet sind, und eine im Zeitpunkt der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches entwickelte Explosionskraft wird in eine Kolbenrückstellkraft (Enlg.: piston push-down force) umgesetzt, um hierdurch die Kolbenrückstellkraft als eine Drehausgangsgröße des Verbrennungsmotors zu extrahieren bzw. zu gewinnen.

Es ist bekannt, daß aufgrund der Tatsache, daß Moleküle in den Verbrennungskammern dann ionisiert werden, wenn das Luft- Kraftstoff-Gemisch in den Verbrennungskammern verbrannt ist, Ionen mit elektrischen Ladungen zwischen den Zündkerzen als Ionenstrom bei Anwendung einer Vorspannspannung an in den Verbrennungskammern angeordneten Ionenstrom- Detektionselektroden fließen (üblicherweise werden Zündkerzenelektroden eingesetzt).

Weiterhin ist bekannt, daß sich der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors durch Detektion eines Zustands detektieren läßt, bei dem ein Ionenstrom auftritt, da sich der Ionenstrom empfindlich in Übereinstimmung mit dem Verbrennungszustand in den Verbrennungskammern verändert.

Die Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Beispiels einer üblichen Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor.

Wie in der Figur gezeigt, ist eine Anode einer Batterie 1, die in dem Fahrzeug montiert ist, mit einem Ende einer Primärwicklung 2a einer Zündspule verbunden, wohingehend das andere Ende der Primärwicklung 2a mit Masse über einen Leistungstransistor 3 verbunden ist, von dem ein Emitter zum Unterbrechen der Zuführung eines Primärstroms geerdet ist.

Eine Sekundärwicklung 2b der Zündspule 2 bildet ein Übertragen in Wechselwirkung mit der Primärwicklung 2a, und eine Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b ist mit einem Ende einer Zündkerze 4 in Zuordnung zu jedem (nicht gezeigten) Zylinder verbunden, und zwar zum Ausgeben einer Hochspannung negativer Polarität im Zeitpunkt der Zündsteuerung.

An die mit Gegenelektroden aufgebaute Zündkerze 4 wird eine Zündhochspannung zum Entladen und Zünden des Kraftstoff-Luft- Gemisches in jedem der Zylinder angelegt.

Die Zündspule 2 und die Zündkerze 4 sind parallel für jeden der Zylinder angeordnet, jedoch sind in diesem Beispiel lediglich ein Paar der Zündspule 2 und der Zündkerze 4 jeweils gezeigt.

Eine Vorspannspannung 5 enthält einen Kondensator 5a, der mit einer Niederspannungsseite der Sekundärwicklung 2b verbunden ist, sowie eine Vorspannspannungs-Begrenzungs-Zenerdiode 5b, die parallel an dem Kondensator 5a angeschlossen ist, und eine Diode 5c, die zwischen dem Kondensator 5a und Masse angeordnet ist. Eine Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 6 enthält einen Widerstand 6a, der parallel zu der Diode 5c angeschlossen ist.

Eine Serienschaltung, die aus dem Kondensators 5a und der Diode 5c und der Zenerdiode 5b in Parallelschaltung zu dem Kondensator 5a besteht, ist zwischen der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung 2 und Masse angeschlossen, um hierdurch einen Ladepfad zum Laden des Kondensators 5a mit der Vorspannspannung im Zeitpunkt der Erzeugung des Zündstroms zu bilden.

Während dem Abschaltzustand des Leistungstransistors 3 (im Zeitpunkt der Unterbrechung der Zuführung eines Stroms zu der Primärwicklung 2a) wird der Kondensator 5a mit dem Sekundärstrom geladen, der durch die Zündkerze 4 fließt, der aufgrund einer von der Sekundärwicklung 2b ausgegebenen Hochspannung fließt. Die Ladespannung wird auf eine vorgegebene Vorspann-Spannung (von beispielsweise mehreren hundert Volt) durch die Zenerdiode 5c begrenzt, und sie dient als Ionenstrom-Detektions-Vorspannvorrichtung, d. h. als Energieversorgung.

Der Widerstand 6a in der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 6 wandelt einen Ionenstrom, der aufgrund der Vorspannspannung fließen kann, in eine Spannung um, damit die derart umgesetzte Spannung an eine Klopfsignal-Erzeugungsschaltung 7 und einer Verzögerungsschaltung 8 als Ionenstrom- Detektionssignal ausgegeben wird. Die Klopfsignal- Erzeugungsschaltung 7 besteht aus einer Filterschaltung 7a und einer Komparatorschaltung 7b. Die Filterschaltung 7a extrahiert die hochfrequente Schwingungskomponente in einer Ionenstrom-Detektionssignalform im Zeitpunkt der Erzeugung des Klopfens. Die Komparatorschaltung 7b vergleicht die Ausgangsgröße der Filterschaltung 7a mit einem vorgegebenen Referenzwert Vc, und sie setzt ein Vergleichsergebnis in eine rechteckförmige Welle um.

Die Verzögerungsschaltung 8 enthält einen Operationsverstärker 8a, einen Widerstand 8b, der zwischen einem positiven Energieversorgungsanschluß V_B und Masse angeschlossen ist, sowie einen Kondensator 8c. Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 8a ist mit der Ausgangsseite der Strom-Spannungs- Umwandlungsschaltung 6 verbunden, und der invertierende Eingangsanschluß hiervon ist mit einem negativen Energieversorgungsanschluß mit einem vorgegebenen Referenzwert Va verbunden, und der Ausgangsanschluß hiervon ist mit einem Knoten des Widerstands 8b und des Kondensators 8c verbunden.

Eine Komparatorschaltung 9 enthält einen Operationsverstärker 9a und einen Widerstand 9b. Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 9a ist mit der Ausgangsseite der Verzögerungsschaltung 8 verbunden, der invertierende Eingangsanschluß hiervon ist mit dem negativen Energieversorgungsanschluß mit dem vorgegebenen Referenzwert Vb verbunden, und der Ausgangsanschluß hiervon ist mit der positiven Energieversorgung V_B über den Widerstand 9b verbunden, und er ist ebenso mit der Basis des Transistors 10 verbunden. Der Emitter des Transistors 10 ist geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B über einen Widerstand 11 verbunden, und er ist ebenso mit der Basis eines Transistors 12 verbunden.

Der Emitter des Transistors 12 ist geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 7b verbunden, die mit der Basis des Transistors 14 verbunden ist und ebenso mit dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B über einen Widerstand 13. Der Emitter des Transistors 14 ist geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit einer ECU- (Engl.: electronic control unit)-Einheit 15 verbunden. Die Strukturelemente 5 bis 14 bilden eine Kraftstoffzustands- Detektorschaltung 20.

Die mit einem Mikrocomputer aufgebaute ECU-Einheit 15 beurteilt einen Verbrennungszustand in dem Verbrennungsmotor auf der Grundlage des Ionenstrom-Detektionssignals, und detektiert die ECU-Einheit 15 die Verschlechterung des Verbrennungszustands, so führt sie geeignet eine adaptive Steuerung derart durch, daß nicht irgendein Mißstand bewirkt wird.

Die ECU-Einheit 15 bestimmt arithmetisch betriebsgemäß einen Zündzeitablauf und so weiter, und zwar auf der Grundlage der anhand mehrerer (nicht gezeigter) Sensoren erhaltenen Antriebsbedingungen, und sie gibt nicht nur ein Zündsignal an den Leistungstransistor 3 aus, sondern auch ein Kraftstoffeinspritzsignal an einen (nicht gezeigten) Einspritzer für jeden Zylinder, sowie Antriebssignale an mehrere Stellglieder (Drosselklappe, ISC-Ventil, usw.).

Anschließend wird der Betrieb der in Fig. 8 gezeigten üblichen Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor unter Bezug auf die Fig. 9A bis 9F gezeigt. Auf der linken Seite zeigen die Fig. 9A bis 9F Signalformen, die in den jeweiligen Schaltungsabschnitten dann auftreten, wenn der Verbrennungsmotor in einem Zustand mit niedriger Umdrehung bzw. Drehzahl vorliegt, wohingehend die rechte Seite der Fig. 9A bis 9F Signalformen für den Fall zeigen, in dem er sich in einem Zustand mit hoher Drehzahl befindet.

Allgemein bestimmt die ECU-Einheit 15 arithmetisch betriebsgemäß den Zündzeitablauf usw. in Übereinstimmung mit den Antriebsbedingungen, und sie führt das in Fig. 9A gezeigte Zündsignal B auf der Basis des Leistungstransistors 3 mit einem gewünschten Steuerzeitablauf zum Steuern des An/Abschaltbetriebs des Leistungstransistors 3 zu.

Im Ergebnis unterbricht der Leistungstransistor 3 die Zuführung des in der Primärwicklung 2a der Zündspule 2 fließenden Primärstroms, zum Anheben der Primärspannung, und er entwickelt auch die Zündhochspannung (beispielsweise mehrere 10 kV) bei der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b.

Die Sekundärspannung liegt an der Zündspule 4 für jeden der Zylinder an, und sie ermöglicht das Erzeugen eines Entladungsfunken in der Verbrennungskammer in einem Zylinder mit Zündsteuerung zum Verbrennen des Luft-Kraftstoff- Gemisches. Ist in dieser Situation die Verbrennungszustand normal, so wird eine erforderliche Menge an Ionen am Rand der Zündkerze 4 und in der Verbrennungskammer erzeugt.

Wie oben beschrieben, beginnt anschließend dann, wenn der Leistungstransistor in Ansprechen auf das Zündsignal P angeschaltet ist, die Zuführung des Stroms zu der Primärwicklung 2a, um hierdurch die Spannung der positiven Polarität bei der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b zu entwickeln.

Hiernach lädt im Zeitpunkt des Unterbrechens des Primärstroms der Sekundärstrom den Kondensator 5a zu einer vorgegebenen Spannung dann, wenn sich die hohe Zündspannung bei der Hochspannungsseite und der Sekundärwicklung 2b entwickelt, um bei der Zündkerze 4 eine Entladung zu erreichen.

Weiterhin fließt aufgrund der Tatsache, daß Ionen durch die Entladung der Zündkerze 4 erzeugt werden, der Ionenstrom i in einer Richtung, die in der Fig. 8 anhand eines strichlierten Pfeils gezeigt ist, und das Ergebnis hiervon wird ein Ionenstrom-Detektionssignal S1 erhalten, dem ein Rauschanteil oder ein Hochfrequenzanteil aufgrund des Klopfens überlagert ist, wie in Fig. 9B gezeigt.

Das Ionenstrom-Detektionssignal S1 wird der Verzögerungsschaltung 8 zugeführt, wo es mit einem vorgegebenen Referenzwert Va verglichen wird, so daß es an der Ausgangsseite hiervon als Signal S2 ausgegeben wird, das in Fig. 9c gezeigt ist. Das Signal S2 wird mit einem vorgegebenen Referenzwert Vb durch die nachfolgende Komparatorschaltung 9 verglichen, so daß ein in Fig. 9B gezeigtes Pulssignal S3, das gemäß einem vorgegebenen Umfang ausgehend von dem Anstieg des Ionenstrom-Detektionssignals S1 verzögert ist, bei der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 9 ausgegeben wird.

Das Pulssignal S3 wird dem Transistor 10 als Schaltsignal so zugeführt, daß der Transistor 10 angeschaltet und der Transistors 12 abgeschaltet ist, wenn das Pulssignal S3 auf einem hohen Pegel liegt, wohingehend der Transistor 10 abgeschaltet und der Transistor 12 angeschaltet ist, wenn das Pulssignal S3 auf einem niedrigen Pegel liegt.

Andererseits wird das Ionenstrom-Detektionssignal S1 von der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 6 der Filterschaltung 7a in der Klopfsignal-Erzeugungsschaltung 7 zugeführt, in der von dem Ionenstrom-Detektionssignal S1 ein Frequenzband extrahiert wird, das im wesentlichen dem Klopfen des Verbrennungsmotors entspricht, und ein in Fig. 9E gezeigtes Signal S4 wird bei der Ausgangsseite der Filterschaltung 7a ausgegeben.

Das Signal S4 wird der Komparatorschaltung 7b bei einer nachfolgenden Stufe zugeführt, indem das Signal S4 mit einem vorgegebenen Referenzwert Vc verglichen wird, und das Vergleichsergebnis wird als Pulssignal S5 ausgegeben, das im wesentlichen dem Auftreten des Klopfens entspricht, wie in Fig. 9F gezeigt, und zwar zu dem Ausgangsanschluß AUS der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20 über den abschließenden Transistor 14, dessen An/Abschaltbetrieb in Ansprechen auf das Pulssignal S3 gesteuert wird, das ein Schaltsignal von der Komparatorschaltung 9 ist.

In anderen Worten ausgedrückt, wird aufgrund der Tatsache, daß der Transistor 10 angeschaltet ist und der Transistor 12 abgeschaltet ist, wenn das Pulssignal S13 von der Komparatorschaltung 9 auf einem hohen Pegel liegt, der Transistor 14, dem die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 7b - so, wie sie ist - zugeführt wird, angeschaltet, wenn die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 7b auf einem hohen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S4 größer als der Referenzwert Vc ist) jedoch wird er abgeschaltet, wenn er auf einem niedrigen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S4 niedriger als der Referenzwert Vc ist) mit dem Ergebnis, daß das in Fig. 9F gezeigte Pulssignal S5 bei dem Ausgangsanschluß AUS der Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung 20 als ein Signal gemäß dem Auftreten eines Klopfens erhalten wird.

Bei der derart strukturierten üblichen Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung für den Verbrennungsmotor treten die nachfolgend angegebenen Probleme auf.

D. h., der hochfrequente Schwingungsanteil gemäß dem Klopfen tritt ausgehend von der Spitze der Ionenstrom- Detektionssignalform auf, und es besteht die Möglichkeit dahingehend, daß Rauschanteile analog zu dem hochfrequenten Anteil, die durch Klopfen verursacht werden, in dem gesamten Bereich der Signalformen aufgrund der Verzerrung der Signalformen enthalten sind, die durch die Schwankung des Verbrennungszustands bewirkt wird, sowie der Überlagerung äußerer Rauschanteile, von durch den Zündbetrieb verursachten Rauschanteilen oder dergleichen. Aus diesem Grund entfernt die übliche Einrichtung die Zündrauschanteile hauptsächlich unmittelbar nach dem Abschließen des Entladebetriebs durch Bereitstellen der Verzögerungsschaltung 8, der Komparatorschaltung 9 und der Transistoren 10, 12, damit eine vorgegebene Periode nach dem Auftreten des Ionenstrom- Detektionssignals in eine Nicht-Detektionsperiode ausgebildet wird.

Andererseits variiert das Ionenstrom-Detektionssignal im Hinblick auf die Signalform gemäß den Antriebsbedingungen eines Motors, und es unterscheidet sich im Hinblick auf die zeitliche Breite abhängig von den Bedingungen. Im Ergebnis wird eine Detektionsperiode mehr als die erforderliche Detektionsperiode verlängert, insbesondere bei einer Bedingung mit niedriger Drehung bzw. niedriger Drehzahl, bei der die zeitliche Breite groß ist, wodurch derartige Probleme entstehen, daß sich das S/N-Verhältnis durch Übernahme von mehr Rauschanteilen verschlechtert, und die Genauigkeit der Detektion des Verbrennungszustands in dem Verbrennungsmotor, insbesondere die Genauigkeit der Klopfdetektion, ist verschlechtert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die den oben beschriebenen Einrichtungen innewohnenden Probleme zu lösen, und demnach besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei der ein Detektionsbereich zum Verbessern des S/N-Verhältnisses optimiert ist, wodurch es möglich ist, die Detektionsgenauigkeit des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors zu verbessern, insbesondere die Genauigkeit der Klopfdetektion.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, enthaltend: eine Zündspule zum Entwickeln einer hohen Zündspannung; eine Zündkerze, die durch Anlegen der hohen Zündspannung eine Entladung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors bewirkt; eine Ionenstrom- Detektionsvorrichtung mit einer Vorspannvorrichtung zum Anlegen einer Vorspann-Spannung an die Zündkerze, zum Detektieren eines Ionenstroms gemäß der Menge der Ionen, die in dem Zylinder erzeugt werden, in dem das Luft-Kraftstoff- Gemisches verbrannt wird, in der Form eines Ionenstrom- Detektionssignals; eine Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen eines Klopfentscheidungssignals zum Darstellen eines Zustands mit auftretendem Klopfen in dem Verbrennungsmotor auf der Grundlage des Ionenstrom- Detektionssignals; und eine ECU-Einheit, die arithmetisch betriebsgemäß die Steuerparameter des Verbrennungsmotors festlegt und den Verbrennungszustand in der Zündkerze auf der Grundlage des Ionenstrom-Detektionssignals und des Klopfentscheidungssignals detektiert; derart, daß die Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung eine Detektionsperiode des Klopfentscheidungssignals auf der Grundlage eines Integrierwerts des Ionenstrom-Detektionssignals setzt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß die Klopfsignal- Verarbeitungsvorrichtung enthält: eine Filtervorrichtung zum Extrahieren eines Frequenzbands gemäß dem Klopfen in dem Verbrennungsmotor anhand des Ionenstrom-Detektionssignals; eine Detektions-Freigabe/Sperr-Entscheidungsvorrichtung zum Ausgeben eines Detektions-Freigabe/Sperr-Signals zum Darstellen der Tatsache, ob sich das Klopfsignal auf der Grundlage des Ionenstrom-Detektionssignals detektieren läßt oder nicht; und eine Klopfsignal-Umschaltvorrichtung zum Validieren der Ausgabe des Klopfentscheidungssignals lediglich dann, wenn das Detektions-Freigabe/Sperr-Signal einen Detektionsfreigabezustand darstellt.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß die Detektions- Freigabe/Sperr-Entscheidungsvorrichtung enthält: eine erste Komparatorschaltung, die das Ionenstrom-Detektionssignal mit einem ersten vorgegebenen Referenzwert vergleicht; eine Integratorschaltung, die das Ionenstrom-Detektionssignal während einer Periode integriert, während der das Ionenstrom- Detektionssignal den ersten Referenzwert übersteigt, und zwar auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses der ersten Komparatorschaltung; und eine zweite Komparatorschaltung zum Vergleichen des Ausgangswerts der Integratorschaltung mit einem zweiten vorgegebenen Referenzwert, zum Ausgeben des Detektions-Freigabe/Sperr-Signals während einer Periode, während der der Ausgangswert der Integratorschaltung den zweiten Referenzwert übersteigt.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart daß die Ionenstrom-Detektionsvorrichtung eine Stromspiegelschaltung enthält, die stromabwärts zu der Vorspannvorrichtung angeordnet ist, sowie mehrere Strom-Spannungs- Umwandlungsschaltungen, derart, daß die Stromspiegelschaltung einen Strom analog zu dem Ionenstrom-Detektionssignal zu den mehreren Strom-Spannungs-Schaltungen und der Integratorschaltung zuführt.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem dritten oder vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß die Integratorschaltung einen vorgegebenen Stromwert zu dem Ionenstrom-Detektionssignal hinzufügt, zum Integrieren des vorgegebenen Stromwerts, der dem Ionenstrom-Detektionssignal hinzugefügt ist.

Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem dem zweiten bis fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß die Detektions-Freigabe/Sperr-Entscheidungsvorrichtung ferner eine Verzögerungsvorrichtung enthält, zum Verzögern einer Änderung des Ausgangszustands der ersten Komparatorschaltung über eine vorgegebene Periode dann, wenn das Vergleichsergebnis der ersten Komparatorschaltung den ersten Referenzwert übersteigt.

Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem fünften oder sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß der zu der Integratorschaltung hinzugefügte vorgegebene Stromwert so gesetzt ist, daß ein Entscheidungsstartzeitpunkt des Detektions-Freigabe/Sperr-Signals in der Nähe des Spitzenwerts des Ionenstrom-Detektionssignals unter allen Antriebsbedingungen positioniert ist, bei denen eine Klopfsteuerung durchgeführt wird.

Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschaffen, derart, daß die Verzögerungsvorrichtung auch als Verzögerungsvorrichtung zum Erzeugen eines Fehlzündungsentscheidungssignals dient, mit dem entschieden wird, ob der Verbrennungsmotor eine Verbrennung durchführt oder nicht.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich vollständiger anhand der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A bis 2F Diagramme zum Erläutern des Betriebs der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A bis 4C Diagramme zum Erläutern des Betriebs der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6A bis 6G Diagramme zum Darstellen des Betriebs der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein Blockschaltbild zum Darstellen der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ein Blockschaltbild zum Darstellen einer üblichen Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor; und

Fig. 9A bis 9F Diagramme zum Erläutern des Betriebs der üblichen Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor.

Nun erfolgt eine detailliertere Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der Teile gemäß den in Fig. 8 gezeigten anhand derselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und deren wiederholte Beschreibung wird weggelassen.

Eine Stromdetektorschaltung 21 zum Detektieren eines Ionenstroms besteht aus einer Stromspiegelschaltung, die aus mehreren Transistoren 21a bis 21e besteht. Die Basis des Transistors 21a ist mit der Ausgangsseite einer Vorspannschaltung 5 verbunden, der Kollektor hiervon ist geerdet und der Emitter hiervon ist gemeinsam mit der Basis des Transistors 21b und der Basis des Transistors 21c verbunden.

Der Kollektor des Transistors 21b ist mit der Basis des Transistors 21a verbunden, und der Emitter hiervon ist mit einem positiven Energieversorgungsanschluß V_B verbunden. Der Kollektor des Transistors 21c ist über einen Widerstand 22a einer ersten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 22 geerdet, und der Emitter hiervon ist mit dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B verbunden. Weiterhin sind die Basen der Transistoren 21d und 21e gemeinsam mit den Basen der Transistoren 21b und 21c verbunden, und die Emitter der Transistoren 21d und 21e sind mit dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B gemeinsam verbunden.

Der Kollektor des Transistors 21e ist über einen Widerstand 23a einer zweiten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 23 geerdet.

Der Widerstand 23a der zweiten Strom-Spannungs- Umwandlungsschaltung 23 bewirkt ein Umwandeln eines Ionenstroms, der aufgrund einer Vorspann-Spannung fließen kann und durch die Stromdetektorschaltung 21 als Spannung detektiert wird, zum Ausgeben der derart umgesetzten Spannung an eine Klopfsignal-Generatorschaltung 24 als Ionenstrom- Detektionssignal. Die Klopfsignal-Generatorschaltung 24 besteht aus einer Filterschaltung 24a und einer Komparatorschaltung 24b. Die Filterschaltung 24a extrahiert einen hochfrequenten Schwingungsanteil, der in einer Ionenstrom-Detektionssignalform enthalten ist, im Zeitpunkt des Erzeugens des Klopfens. Weiterhin vergleicht die Komparatorschaltung 24b die Ausgangsgröße der Filterschaltung 24a mit einem vorgegebenen Referenzwert Vc zum Umwandeln bzw. Umsetzen des Vergleichsergebnisses in eine Rechteckwelle.

Ähnlich wandelt der Widerstand 22a in der ersten Strom- Spannungs-Umwandlungsschaltung 22 einen Ionenstrom um, der aufgrund der Vorspann-Spannung fließen kann und der durch die Stromdetektorschaltung 21 als Spannung detektiert wird, und zwar für die Ausgabe der derart umgewandelten Spannung an eine erste Komparatorschaltung 25 als Ionenstrom- Detektionssignal.

Die erste Komparatorschaltung 25 enthält einen Operationsverstärker 25a. Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 25a ist mit der Ausgangsseite der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 22 verbunden, und der invertierende Eingangsanschluß hiervon ist mit einem Referenzanschluß für einen vorgegebenen Referenzwert Va verbunden, und der Ausgangsanschluß hiervon ist gemeinsam mit einem Knoten eines Kondensators 26a, der eine Integratorschaltung 26 bildet, und dem Kollektor des Transistors 21d verbunden.

Eine zweite Komparatorschaltung 27 enthält einen Operationsverstärker 27a und einen Widerstand 27b. Der nicht- invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 27a ist mit der Ausgangsseite der Integratorschaltung 26 verbunden, und der invertierende Eingangsanschluß hiervon ist mit einem Referenzanschluß für den vorgegebenen Referenzwert Vb verbunden, und der Ausgangsanschluß hiervon ist mit dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B über den Widerstand 27b verbunden, und er ist ebenso mit der Basis eines Transistors 28 verbunden.

Die Integratorschaltung 26 lädt den Kondensator 26a mit einem Strom analog zu dem Ionenstrom-Detektionssignal, das von der in der Stromspiegelschaltung enthaltenen Stromdetektorschaltung 21 detektiert wird, und zwar während einer Periode, in der das Spannungssignal von der Strom- Spannungs-Wandlerschaltung 22, das mit dem Referenzwert Vb durch die Komparatorschaltung 25 verglichen wird, gleich oder größer als der Referenzwert ist. Weiterhin vergleicht die Komparatorschaltung 27 die Ladespannung des Kondensators 26a mit dem Referenzwert Vb, und zwar zum Validieren eines Klopfentscheidungssignals, das bei einem Ausgangsanschluß AUS einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20A erhalten wird, und zwar während einer Periode, in der die Ladespannung gleich oder größer als der Referenzwert ist.

Der Emitter des Transistors 28 ist geerdet, und der Kollektor hiervorn ist mit dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B über einen Widerstand 29 verbunden, und er ist ebenso mit der Basis eines Transistors 30 verbunden. Der Emitter des Transistors 30 ist geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 24 verbunden, die mit der Basis eines Transistors 33 über einen Widerstand 31 verbunden ist, und ebenso mit dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B über einen Widerstand 32 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 33 ist geerdet, und der Kollektor hiervon ist mit einer ECU-Einheit 15 verbunden.

Die strukturellen Elemente 5 und 21 bis 33 bilden eine Kraftstoffzustands-Detektorschaltung 20A. Weiterhin bilden die strukturellen Elemente 5 und 21 bis 23 eine Ionenstrom- Detektionsvorrichtung, und die strukturellen Elemente 24 bis 27, 28 und 30 bilden eine Klopfsignal- Verarbeitungsvorrichtung, und die strukturellen Elemente 25 bis 27 bilden eine Detektions-Freigabe-Sperr- Entscheidungsvorrichtung, und die strukturellen Elemente 28 und 30 bilden eine Klopfsignal-Umschaltvorrichtung.

Nachfolgend wird der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 2A bis 2F beschrieben. Die linke Seite der Fig. 2A bis 2F zeigen Signalformen, die in den jeweiligen Schaltungsabschnitten dann auftreten, wenn der Verbrennungsmotor in einem Zustand mit niedriger Umdrehung bzw. niedriger Drehzahl vorliegt, wohingehend die rechte Seite der Fig. 2A bis 2F Signalformen zeigt, die in den jeweiligen Schaltungsteilen dann auftreten, wenn er in dem Zustand mit hoher Umdrehung bzw. mit hohere Drehzahl vorliegt.

Die ECU-Einheit 15 führt ein in Fig. 2A gezeigtes Zündsignal P der Basis des Leistungstransistors 3 mit einem gewünschten Steuerzeitablauf zu, und zwar zum Steuern des Anschalt/Abschaltbetriebs des Leistungstransistors 3. Im Ergebnis unterbricht der Leistungstransistor 3 das Zuführen des in der Primärwicklung 2a der Zündspule 2 fließenden Primärstroms zum Anheben der Primärspannung, und er entwickelt auch eine hohe Zündspannung (beispielsweise mehrere 10 kV) bei der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b. Ist der Verbrennungszustand normal, so wird eine erforderliche Menge an Ionen am Rand der Zündkerze 4 und in der Verbrennungskammer erzeugt. Dieser Betrieb ist identisch zu demjenigen, der oben beschrieben ist.

Weiterhin beginnt dann, wenn der Leistungstransistor 3 in Ansprechen auf das Zündsignal P angeschaltet ist, das Zuführen des Stroms zu der Primärwicklung 2a, um hierdurch die Spannung positiver Polarität bei der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b zu entwickeln. Anschließend lädt im Zeitpunkt des Unterbrechens des Primärstroms dann, wenn die hohe Zündspannung an der Hochspannungsseite der Sekundärwicklung 2b zum Bewirken einer Entladung der Zündkerze 4 entwickelt ist, der Sekundärstrom den Kondensator 5a bis zu einer vorgegebenen Spannung. Dieser Betrieb ist identisch zu demjenigen, der oben beschrieben ist.

Da Ionen aufgrund der Entladung bei der Zündkerze 4 auftreten, fließt der Ionenstrom i über die Stromdetektorschaltung 21 entlang einer Richtung, die in Fig. 1 durch einen strichlierten Pfeil bezeichnet ist, so daß ein analoger Strom ebenso in die Strom-Spannungs- Umwandlungsschaltungen 22 und 23 fließt, und als Ergebnis wird ein Ionenstrom-Detektionssignal S1 bei den Ausgangsseiten der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltungen 22 und 23 erhalten, dem - wie in Fig. 2B gezeigt - ein hochfrequenter Anteil aufgrund der Rauschkomponente oder dem Klopfen überlagert ist.

Das bei der Ausgangsseite der ersten Strom-Spannungs- Umwandlungsschaltung 22 erhaltene Ionenstrom-Detektionssignal S1 wird der Komparatorschaltung 25 zugeführt, in der es mit dem vorgegebenen Referenzwert Va verglichen und durch die Integratorschaltung 26 integriert wird, so daß es an der Ausgangsseite hiervon als ein Signal S6 ausgegeben wird, das in Fig. 2C gezeigt ist. Das Signal S6 wird mit dem vorgegebenen Referenzwert Vw durch die nachfolgende Komparatorschaltung 27 verglichen, so daß ein in Fig. 2D gezeigtes Pulssignal S7, das um eine vorgegebene Zeit gegenüber dem Anstieg des Ionenstrom-Detektionssignals S1 verzögert ist, an der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 27 als ein Detektions-Freigabe/Sperr-Signal ausgegeben wird.

Das Pulssignal S7 wird dem Transistor 28 als Schaltsignal so zugeführt, daß der Transistor 28 angeschaltet wird und der Transistor 30 abgeschaltet wird, wenn das Pulssignal S7 auf einem hohen Pegel liegt, wohingehend der Transistor 28 abgeschaltet wird und der Transistor 30 angeschaltet wird, wenn das Pulssignal S7 auf einem niedrigen Pegel liegt.

Andererseits wird das bei der Ausgangsseite der zweiten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 23 erhaltene Ionenstrom- Detektionssignal S1 der Filterschaltung 24a an der Klopfsignal-Erzeugungsschaltung 24 zugeführt, in der ein Frequenzband im wesentlichen gemäß dem Klopfen des Verbrennungsmotors von dem Ionenstrom-Detektionssignal S1 extrahiert wird, und ein in Fig. 2E gezeigtes Signal S8 wird an der Ausgangsseite der Filterschaltung 24a ausgegeben.

Das Signal S8 wird der Komparatorschaltung 24b bei einer nachfolgenden Stufe zugeführt, in der das Signal S8 mit einem vorgegebenen Referenzwert Vc verglichen wird, und deren Vergleichsergebnis wird als Pulssignal S9 - das im wesentlichen dem Auftreten von Klopfen zugeordnet ist, wie in Fig. 2F gezeigt - an den Ausgangsanschluß AUS der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20A ausgegeben, und zwar über den abschließenden Transistor 33, dessen Anschalt/Abschaltbetrieb in Ansprechen auf das Pulssignal S7 gesteuert wird, das ein Schaltsignal von der Komparatorschaltung 27 ist.

In anderen Worten ausgedrückt, wird aufgrund der Tatsache, daß der Transistor 28 angeschaltet ist, und der Transistor 30 abgeschaltet ist, wenn das Pulssignal S7 von der Komparatorschaltung 27 auf einem hohen Pegel liegt, der Transistor 33, dem die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 24b - so, wie sie ist - zugeführt wird, angeschaltet, wenn die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 24 auf einem hohen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S8 größer als der Referenzwert Vc ist), jedoch wird er abgeschaltet, wenn sie bei einem niedrigen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S8 niedriger als der Referenzwert Vc ist), mit dem Ergebnis, daß das in Fig. 2F gezeigte Pulssignal S9 bei dem Ausgangsanschluß AUS der Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung 20A als ein Klopfentscheidungssignal gemäß dem Auftreten eines Klopfens erhalten wird.

Wie oben beschrieben, läßt sich gemäß dieser Ausführungsform aufgrund der Tatsache, daß eine Periode, in der ein sich durch das Laden des Kondensators mit dem Ionenstrom ergebender Integrierwert den Referenzwert übersteigt, als Detektionsperiode gesetzt ist, der Detektionsstartzeitpunkt so setzen, daß er spät im Fall der niedrigen Drehzahl des Motors auftritt, jedoch früh im Fall der hohen Drehzahl des Motors. Demnach läßt sich der Detektionsstartzeitpunkt in der Nähe des Spitzenwerts der Ionenstromsignalform festlegen, der der hochfrequente Anteil aufgrund des Klopfens bei allen Maschinendrehzahlen überlagert ist, mit den Ergebnissen, daß sich der Detektionsbereich so optimieren läßt, daß das S/N- Verhältnis verbessert ist, und eine Genauigkeit der Klopfdetektion ist verbessert.

Zusätzlich läßt sich aufgrund der Tatsache, daß die den Ionenstrom detektierende Stromdetektorschaltung mit der Stromspiegelschaltung aufgebaut ist, ein Strom analog zu dem Ionenstrom der Integratorschaltung zuführen, wodurch es möglich ist, sicher die Detektionsperiode des Klopfentscheidungssignal zu setzen, das letztendlich auf der Grundlage des Integrierwerts des Ionenstroms erhalten wird. Die Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der Teile, die zu den in Fig. 1 gezeigten identisch sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und deren wiederholte Beschreibung wird weggelassen.

Es wird von einem Fall ausgegangen, bei dem irgendein Detektionsstartzeitpunkt bei einer niedrigen Drehzahl des Motors und der Detektionsstartzeitpunkt bei einer hohen Drehzahl des Motors versetzt zu der Nähe des Spitzenwerts der Signalform des Ionenstrom-Detektionssignals in der Integratorschaltung 26 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform liegt, abhängig von dem Motor.

Im Hinblick auf diese obigen Anmerkungen ist gemäß dieser Ausführungsform eine Integratorschaltung 26a zwischen der ersten Komparatorschaltung 25 und der zweiten Komparatorschaltung 27 in der Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung 20B angeordnet, und dieser besteht aus einem Integrierkondensator 26a, der zwischen der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 25 und der Masse verbunden ist, sowie einem Widerstand 26b, der mit einem Ende des Kondensators 26a an dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B verbunden ist, so daß sie im wesentlichen einen vorgegebenen Vorspannstrom dem Ionenstrom- Detektionssignal zum Durchführen einer Integrierung hinzufügt. Andere Strukturen sind identisch zu den in Fig. 1 gezeigten.

Die Fig. 4A bis 4C zeigen den Vergleich der Integriersignalformen und der Startzeitpunkte der Detektionsperioden zwischen einem Fall, in dem kein Vorspannstrom für die Integrierschaltung 26 in der oben erwähnten ersten Ausführungsform vorgesehen ist und in dem Fall, in dem ein Vorspannstrom bei der Integratorschaltung 26A dieser Ausführungsform vorliegt, derart, daß das Ionenstrom-Detektionssignal S1 aus Gründen der Einfachheit geradlinig dargestellt ist.

Das in Fig. 4B anhand einer strichlierten Linie bezeichnete Signal S6 dient zum Darstellen eines Signals, das an der Ausgangsseite der in Fig. 1 gezeigten Integratorschaltung 26 erhalten wird, wohingehend das anhand einer durchgezogenen Linie bezeichnete Signal S10 zum Darstellen eines Pulssignals dient, das bei der Ausgangsseite der in Fig. 3 gezeigten Integratorschaltung 26 erhalten wird, im Hinblick auf das in Fig. 4A gezeigte Ionenstrom-Detektionssignal S1. Ähnlich dient das in Fig. 4C anhand einer strichlierten Linie bezeichnete Signal S7 zum Darstellen eines Pulssignals, das bei der Ausgangsseite der in Fig. 1 gezeigten Komparatorschaltung 27 erhalten wird, wohingehend das anhand einer durchgezogenen Linie bezeichnete Signal S11 zum Darstellen eines Pulssignals dient, das bei der Ausgangsseite der oben beschriebenen und in Fig. 3 gezeigten Komparatorschaltung 27 erhalten wird.

In dem Fall, in dem der Detektionsstartzeitpunkt bei hoher Drehzahl des Motors geeignet ist, jedoch der Detektionsstartzeitpunkt bei der niedrigen Drehzahl des Motors gemäß der ersten Ausführungsform zu spät vorliegt, wird dann, wenn der Kapazitätswert des Integrierkondensators lediglich zum Vorverlegen des Detektionsstartzeitpunkts bei der niedrigen Drehzahl erhöht wird, der Detektionsstartzeitpunkt für die hohe Drehzahl ebenso vorverlegt, daß er zu einer nicht geeigneten bzw. ungenauen Position verschoben wird.

Jedoch schwankt in dem Fall, in dem der Vorspannstrom geeignet bei dem Integrierkondensator 26a über den Widerstand 26b hinzugefügt wird, wie in Fig. 3 gezeigt, der Detektionsstartzeitpunkt im großen Umfang bei der niedrigen Drehzahl des Motors, da das Verhältnis des Vorspannstroms zu dem Ionenstrom hoch ist, wohingehend die Schwankung des Detektionsstartzeitpunkts bei der hohen Drehzahl des Motors gering ist, da das Verhältnis des Vorspannstroms zu dem Ionenstrom niedrig ist. Aus diesem Grund lassen sich beide Detektionsstartzeitpunkte bei der hohen Drehzahl und der niedrigen Drehzahl zu geeigneten Positionen durch Ändern des Werts des Widerstands 26b setzen, zum Erzielen eines Vorspannstroms mit einem geeigneten Wert.

Wie oben beschrieben, läßt sich gemäß dieser Ausführungsform aufgrund der Tatsache, daß der vorgegebene Vorspannstrom der Integratorschaltung hinzugefügt ist, der Detektionsstartzeitpunkt immer bei einer geeigneten Position setzen, in einem breiten Motordrehzahlbereich.

Die Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Teile gemäß den in Fig. 3 gezeigten anhand derselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und deren wiederholte Beschreibung wird weggelassen.

Der Ionenstrom tritt auf, nachdem das Entladen der Zündspule abgeschlossen ist, und der Rauschstrom tritt aufgrund der Schwankung der Entladespannung bei dem Abschluß der Entladung auf. In dem Fall, in dem die Menge des Rauschstroms größer als die Menge des normalen Ionenstroms ist, der nach dem Auftreten des Rauschstroms auftritt, läßt sich der Detektionsstartzeitpunkt bei einer geeigneten Position setzen, und zwar gemäß dem normalen Ionenstrom, da der Integrierwert des Rauschstroms im Verhältnis groß ist.

Bei dieser Ausführungsform ist zum Lösen des obigen Problems der Anstieg der Ausgangssignalform der Komparatorschaltung 25 um eine vorgegebene Zeitperiode durch eine Verzögerungsschaltung so verzögert, daß der normale Ionenstrom integriert wird, nachdem das Auftreten des Rauschstroms abgeschlossen ist.

Im Hinblick auf die obigen Ausführungsformen ist gemäß dieser Ausführungsform eine Verzögerungsschaltung 34 zwischen der ersten Komparatorschaltung 25 und der Integratorschaltung 26A in einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20C angeordnet. Andere Strukturen sind identisch zu den in Fig. 3 gezeigten.

Die Verzögerungsschaltung 34 enthält einen Operationsverstärker 34a und einen Widerstand 34b und einen Kondensator 34c, die seriell zwischen dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B und Masse angeschlossen sind. Der nicht-invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34a ist mit einem Knoten des Widerstands 34b und dem Kondensator 34c verbunden, und er ist ebenso mit der Ausgangsseite der ersten Komparatorschaltung 25 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34a ist mit einem negativen Energieversorgungsanschluß verbunden, der einen vorgegebenen Referenzwert Vd aufweist, und der Ausgangsanschluß hiervon ist mit der Eingangsseite des Integratorschaltung 26A verbunden.

Nachfolgend wird der Betrieb der in Fig. 5 gezeigten Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 6A bis 6G beschrieben. Die linken Seiten der Fig. 6A bis 6G zeigen Signalformen, wie sie in den jeweiligen Schaltungsabschnitten dann vorliegen, wenn der Verbrennungsmotor in einem Zustand mit niedriger Drehzahl vorliegt, wohingehend die rechten Seiten der Fig. 6A bis 6G Signalformen zeigen, die in den jeweiligen Schaltungsabschnitten dann vorliegen, wenn er in dem Zustand mit hoher Drehzahl vorliegt.

Bei dem oben beschriebenen Betrieb wird das Zündsignal P (Fig. 6A) dem Leistungstransistor 3 zugeführt, und das Ionenstrom-Detektionssignal S1 (Fig. 6B), dem der hochfrequente Anteil aufgrund des Rauschanteils oder des Klopfens überlagert ist, wird an der Ausgangsseite der Strom- Spannungs-Umwandlungsschaltungen 22 und 23 erhalten.

Das bei der Ausgangsseite der ersten Strom-Spannungs- Umwandlungsschaltung 22 erhaltene Ionenstrom-Detektionssignal S1 wird der Komparatorschaltung 25 zugeführt, in der es mit einem vorgegebenen Referenzwert Va verglichen wird, und anschließend wird es der Verzögerungsschaltung 34 so zugeführt, daß ein in Fig. 6C gezeigtes Signal S12 an einen Knoten des Widerstands 34b und des Kondensators 34c abgegeben wird. Das Signal S12 wird mit einem Referenzwert Vd durch den Operationsverstärker 34a verglichen, dessen Ausgangsgröße weiter durch die Integratorschaltung 26A integriert wird, so daß sie an der Ausgangsseite der Integratorschaltung 26A als ein in Fig. 6D gezeigtes Signal S13 ausgegeben wird. In diesem Beispiel integriert die Integratorschaltung 26A ein Signal, das gegenüber dem Anstieg des Signals S12 um eine vorgegebene Größe verzögert ist, d. h., lediglich den normalen Ionenstrom, von dem der Rauschanteil im wesentlichen entfernt ist.

Das Signal S13 wird mit dem vorgegebenen Referenzwert Vb durch die nachfolgende Komparatorschaltung 27 verglichen, so daß ein in Fig. 6E gezeigtes Pulssignal S7, das um eine vorgegebene Zeitperiode gegenüber dem Anstieg des Ionenstrom- Detektionssignals S1 verzögert ist, bei der Ausgangsseite der Komparatorschaltung 27 ausgegeben wird.

Das Pulssignal S7 wird dem Transistor 28 als Schaltsignal so zugeführt, daß der Transistor 28 angeschaltet wird und der Transistor 30 abgeschaltet wird, wenn das Pulssignal S7 auf einem hohen Pegel liegt, wohingehend der Transistor 28 abgeschaltet wird und der Transistor 30 angeschaltet wird, wenn das Pulssignal S7 auf einem niedrigen Pegel liegt.

Andererseits wird das bei der Ausgangsseite der zweiten Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung 23 erhaltene Ionenstrom- Detektionssignal S1 der Filterschaltung 24a in der Klopfsignal-Erzeugungsschaltung 24 zugeführt, in der ein Frequenzband, das im wesentlichen dem Klopfen des Verbrennungsmotors zugeordnet ist, von dem Ionenstrom- Detektionssignal S1 extrahiert wird, und ein in Fig. 6F gezeigtes Signal S8 wird bei der Ausgangsseite der Filterschaltung 24a ausgegeben.

Das Signal S8 wird der Komparatorschaltung 24b bei einer nachfolgenden Stufe zugeführt, in der das Signal S8 mit einem vorgegebenen Referenzwert Vc verglichen wird, und deren Vergleichsergebnis wird als Pulssignal S9 - im wesentlichen unter Zuordnung zu dem Auftreten von Klopfen, wie in Fig. 6G gezeigt - an den Ausgangsanschluß AUS der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20C ausgegeben, und zwar über den abschließenden Transistor 23, dessen Anschalt/Abschaltbetrieb in Ansprechen auf das Pulssignal S7 gesteuert wird, d. h. einem Schaltsignal von der Komparatorschaltung 27.

In anderen Worten ausgedrückt, wird aufgrund der Tatsache, daß der Transistor 28 angeschaltet ist und der Transistor 30 abgeschaltet wird, wenn das Pulssignal S7 von dem Komparator 27 auf einem hohen Pegel liegt, der Transistor 33, dem die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 24b - so, wie sie ist, zugeführt wird, angeschaltet, wenn die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 24b bei einem hohen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S8 größer als der Referenzwert Vc ist), jedoch wird er abgeschaltet, wenn er bei dem niedrigen Pegel liegt (wenn der Pegel des Signals S8 niedriger als der Referenzwert Vc ist), mit dem Ergebnis, daß das in Fig. 6 G gezeigte Pulssignal S9 bei dem Ausgangsanschluß AUS der Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung 20C als Klopfentscheidungssignal gemäß dem Auftreten eines Klopfens erhalten wird.

Wie oben beschrieben, läßt sich gemäß dieser Ausführungsform aufgrund der Tatsache, daß lediglich der normale Ionenstrom integriert wird, von dem der Rauschanteil entfernt ist, der Detektionsstartzeitpunkt bei einer geeigneten Position mit hoher Genauigkeit festlegen.

Die Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und in ihr sind Teile gemäß den in Fig. 5 gezeigten anhand derselben Bezugszeichen bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung wird weggelassen.

Bei dieser Ausführungsform wird eine Funktion zum Entscheiden einer Fehlzündung zusätzlich zu der Klopfentscheidung bereitgestellt, und die in Fig. 5 gezeigte Verzögerungsschaltung 34 dient auch als Verzögerungsvorrichtung zum Erzeugen eines Fehlzündungsentscheidungssignals, um im wesentlichen zu entscheiden, ob die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor durchgeführt wird oder nicht.

Im Hinblick auf die obigen Ausführungsformen ist ein Paar von Transistoren 36 und 38 und ein Paar von Transistoren 39 und 41 so vorgesehen, daß die Basen der Transistoren 36 und 39 mit der Ausgangsseite der Verzögerungsschaltung 34 verbunden sind. Weiterhin sind die Basen der Transistoren 36 und 39 mit dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B über einen Widerstand 35 verbunden, die Emitter hiervon sind geerdet, und die Kollektoren hiervon sind mit dem positiven Energieversorgungsanschluß V_B jeweils über Widerstände 37 und 40 verbunden. Weiterhin sind die Kollektoren der Transistoren 36 und 39 jeweils mit der Basis des Transistors 38 und 41 verbunden, die Emitter der Transistoren 38 und 41 sind gemeinsam geerdet, der Kollektor des Transistors 38 ist mit der Eingangsseite der Integratorschaltung 26A verbunden, und der Kollektor des Transistors 41 ist mit einem zweiten Ausgangsanschluß AUS2 einer Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung 20D verbunden.

Der Betrieb, der die Klopfdetektion bei dem in Fig. 7 gezeigten Betriebsablauf betrifft, ist im wesentlichen identisch zu demjenigen, der in Fig. 5 gezeigten Schaltung, und das Pulssignal S9 (Fig. 6 G) wird bei dem ersten Ausgangsanschluß AUS1 der Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung 20d als Klopfentscheidungssignal gemäß dem Auftreten von Klopfen erhalten.

Weiterhin besteht der Betrieb im Zusammenhang mit der Fehlzündungsdetektion darin, daß dann, wenn der Pegel des Signals S12 niedriger als der Referenzwert Vd des Operationsverstärkers 34a in der Verzögerungsschaltung 34 ist, der Transistor 39 abgeschaltet wird und der Transistor 41 angeschaltet wird, so daß das Pulssignal S3 (Fig. 9D) bei dem zweiten Ausgangsanschluß AUS2 der Verbrennungszustands- Detektionseinrichtung 20D als das Fehlzündungs- Entscheidungssignal zum Entscheiden der Tatsache erhalten wird, ob die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor durchgeführt wird oder nicht. In anderen Worten ausgedrückt, entscheidet die ECU-Einheit 15, daß die Verbrennung normal durchgeführt wird, wenn das eingegebene Signal auf einem hohen Pegel liegt, wohingehend ein Fehlzünden dann auftritt, wenn es bei dem niedrigen Pegel liegt.

Wie oben beschrieben, ermöglicht gemäß dieser Ausführungsform aufgrund der Tatsache, daß die für die Klopfentscheidung eingesetzte Verzögerungsschaltung auch als Verzögerungsvorrichtung zum Erzeugen des Fehlzündungsentscheidungssignal dient - im wesentlichen zum Entscheiden der Tatsache, ob die Verbrennung im Verbrennungsmotor erfolgt oder nicht - die einfache Schaltungsstruktur das Durchführen der Fehlzündungsentscheidung zusätzlich zu der Klopfentscheidung in demselben Zeitpunkt.

Die vorangehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erfolgte zum Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie ist nicht als im Sinne der Erfindung erschöpfend oder diese auf die genau offenbarte Form einschränkend zu verstehen, und Modifikationen und Variationen sind im Lichte der obigen technischen Lehren möglich oder können anhand der praktischen Umsetzung der Erfindung gewonnen werden. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern, damit ein Fachmann in die Lage versetzt wird, die Erfindung in zahlreichen Ausführungsformen und mit zahlreichen Modifikationen einzusetzen, wie sie sich für den besonders in Betracht gezogenen Einsatz eignen. Es wird beabsichtigt, daß der Schutzbereich der Erfindung durch die hier angefügten Patentansprüche und der Äquivalente definiert ist.

Claims (8)

1. Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, enthaltend:
eine Zündspule (2) zum Entwickeln einer hohen Zündspannung;
eine Zündkerze (4), die durch Anlegen der hohen Zündspannung eine Entladung zum Zünden eines Luft- Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors bewirkt;
eine Ionenstrom-Detektionsvorrichtung (21-23) mit einer Vorspannvorrichtung zum Anlegen einer Vorspann-Spannung an die Zündkerze, zum Detektieren eines Ionenstroms gemäß der Menge der Ionen, die in dem Zylinder erzeugt werden, in dem das Luft-Kraftstoff-Gemisches verbrannt wird, in der Form eines Ionenstrom-Detektionssignals;
eine Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung (24-27, 28, 30) zum Erzeugen eines Klopfentscheidungssignals zum Darstellen eines Zustands mit auftretendem Klopfen in dem Verbrennungsmotor auf der Grundlage des Ionenstrom- Detektionssignals; und
eine ECU-Einheit (15), die arithmetisch betriebsgemäß die Steuerparameter des Verbrennungsmotors festlegt und den Verbrennungszustand in der Zündkerze auf der Grundlage des Ionenstrom-Detektionssignals und des Klopfentscheidungssignals detektiert; derart, daß
die Klopfsignal-Verarbeitungsvorrichtung eine Detektionsperiode des Klopfentscheidungssignals auf der Grundlage eines Integrierwerts des Ionenstrom- Detektionssignals setzt.

2. Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopfsignal- Verarbeitungsvorrichtung enthält: eine Filtervorrichtung (24) zum Extrahieren eines Frequenzbands gemäß dem Klopfen in dem Verbrennungsmotor anhand des Ionenstrom- Detektionssignals; eine Detektions-Freigabe/Sperr- Entscheidungsvorrichtung (25-27) zum Ausgeben eines Detektions-Freigabe/Sperr-Signals zum Darstellen der Tatsache, ob sich das Klopfsignal auf der Grundlage des Ionenstrom-Detektionssignals detektieren läßt oder nicht; und eine Klopfsignal-Umschaltvorrichtung (28, 30) zum Validieren der Ausgabe des Klopfentscheidungssignals lediglich dann, wenn das Detektions-Freigabe/Sperr- Signal einen Detektionsfreigabezustand darstellt.

3. Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektions-Freigabe/Sperr- Entscheidungsvorrichtung enthält: eine erste Komparatorschaltung (25), die das Ionenstrom- Detektionssignal mit einem ersten vorgegebenen Referenzwert vergleicht; eine Integratorschaltung (26), die das Ionenstrom-Detektionssignal während einer Periode integriert, während der das Ionenstrom-Detektionssignal den ersten Referenzwert übersteigt, und zwar auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses der ersten Komparatorschaltung; und eine zweite Komparatorschaltung (27) zum Vergleichen des Ausgangswerts der Integratorschaltung mit einem zweiten vorgegebenen Referenzwert, zum Ausgeben des Detektions- Freigabe/Sperr-Signals während einer Periode, während der der Ausgangswert der Integratorschaltung den zweiten Referenzwert übersteigt.

4. Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenstrom- Detektionsvorrichtung eine Stromspiegelschaltung (21) enthält, die stromabwärts zu der Vorspannvorrichtung angeordnet ist, sowie mehrere Strom-Spannungs- Umwandlungsschaltungen (22, 23), derart, daß die Stromspiegelschaltung einen Strom analog zu dem Ionenstrom-Detektionssignal zu den mehreren Strom- Spannungs-Schaltungen und der Integratorschaltung zuführt.

5. Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratorschaltung einen vorgegebenen Stromwert zu dem Ionenstrom-Detektionssignal hinzufügt, zum Integrieren des vorgegebenen Stromwerts, der dem Ionenstrom-Detektionssignal hinzugefügt ist.

6. Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektions- Freigabe/Sperr-Entscheidungsvorrichtung ferner eine Verzögerungsvorrichtung (34) enthält, zum Verzögern einer Änderung des Ausgangszustands der ersten Komparatorschaltung über eine vorgegebene Periode dann, wenn das Vergleichsergebnis der ersten Komparatorschaltung den ersten Referenzwert übersteigt.

7. Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zu der Integratorschaltung hinzugefügte vorgegebene Stromwert so gesetzt ist, daß ein Entscheidungsstartzeitpunkt des Detektions- Freigabe/Sperr-Signals in der Nähe des Spitzenwerts des Ionenstrom-Detektionssignals unter allen Antriebsbedingungen positioniert ist, bei denen eine Klopfsteuerung durchgeführt wird.

8. Verbrennungszustands-Detektionseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsvorrichtung auch als Verzögerungsvorrichtung zum Erzeugen eines Fehlzündungsentscheidungssignals dient, mit dem entschieden wird, ob der Verbrennungsmotor eine Verbrennung durchführt oder nicht.