DE2507286B2

DE2507286B2 - Vorrichtung zum feststellen von verbrennungsfehlern in einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2507286B2
Application number: DE19752507286
Authority: DE
Inventors: Claude Le Pecq Leichle (Frankreich)
Original assignee: Regie Nationale des Usines Renault, Boulogne-Billancourt, Seine; Automobiles Peugeot, Paris; (Frankreich)
Priority date: 1974-02-20
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1978-01-12
Also published as: US4003248A; GB1502634A; IT1030174B; GB1496428A; FR2261419B1; FR2261419A1; DE2507286A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen von Verbrennungsfehlern in einer Brennkraftmaschine mit gesteuerter Zündung und einem an die

>-, Mitteleleklrode einer Zündkerze angeschlossenen, bei in dem Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze auftretender Ionisation einen Stromfluß bewirkenden Hilfsstromerzeuger aus einer in Reihe mit einem für einen störungsfreien Betrieb der Zündanlage ausrei-

JO chend großen Widerstand geschalteten Hochspannungsquelle, die mit einem zusätzlichen Meßwiderstand in Reihe liegt, an dessen Enden eine Spannung abnehmbar ist, und bei der aufgrund der Polarität des Hilfsstromerzeugers die Richtung des in dem Raum

Ii zwischen den Elektroden der Zündkerze bei der Verbrennung des von dieser gezündeten Gasgemisches erzeugten Stromflusses der Richtung des Zündstromes entspricht.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der FR-PS 15 73 073 bekannt und dient zum Feststellen von die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer einer Brennkraftmaschine bedrohenden Verbrennungsfehlern, die sich durch unzulässig große lonisationsströme zwischen den Elektroden der Zündkerzen bemerkbar machen. Die zur

■ι-. Strommessung verwendeten Meßwiderstände sind an die Eingänge eines Komparatorschaltkreises angeschlossen, dessen Aufgabe es ist, bei Überschreiten eines vorbestimmten lonisationsstromes eine akustische oder optische Warneinrichtung einzuschalten und gegebenenfalls selbsttätig die Leistung der Brennkraftmaschine herabzusetzen, um dadurch Schäden, beispielsweise durch Überhitzung des Motors im Vollastbetrieb, zu verhindern. Der an den Komparatorschaltkreis angeschlossene Steuerschaltkreis liefert dabei so lange ein

π Ausgangssignal, wie der lonisationsstrom in mindestens einem der Zylinder der Brennkraftmaschine einen gefährlichen Schwellenwert übersteigt.

Eine Zähleinrichtung zum Zählen von Fehlzündungen ist in der US-PS 32 89 462 beschrieben, bei der die

bo Zündspannung ohne Zwischenschaltung eines Komparators mit dem Eingang eines monostabilen Kippgliedes verbunden ist, dessen Ausgangsimpulse über einen ersten, die Gesamtzahl der Zündfunken zählenden Zähler zählbar sind. Ein in jedem Verbrennungsraum

ι,-, der Brennkraftmaschine angeordneter lonisations-Luftspalt erzeugt bei jeder Verbrennung unabhängig von dessen Qualität einen Verriegelungsimpuls, der ein Zählen der Zündfunkenimpulse in einem zweiten, die

Gesamtzahl der Fehlzündungen zählenden Zähler unierdrückt, wenn dem Zündfunken eine Verbrennung folgt.

Strenge Abgasvorschriften für Verbrennungskraftinaschinen haben dazu geführt, daß zur Abgasentgiftung in der Auspuffleitung von Kraftfahrzeugen Reinigungsvorrichtungen wie Nachbrenner untergebracht werden. Diese sehr teuren Reinigungsvorrichtungen werden im Falle einer fehlerhaften Funktion des Motors sehr leicht zerstört, indem eine Vergrößerung des Gehalts an zu beseitigenden Gasen zu einer sehr starken Erhöhung der Temperatur der wirksamen Organe führt, so daß es zu einer Zerstörung der Reinigungsvorrichtungen durch Schmelzen kommt. In der Praxis verwendete Schutzanordnungen weisen Temperaturfühler auf, mit deren Hilfe ungewöhnliche Temperaturerhöhungen feststellbar sind. Diese bekannten Anordnungen weisen jedoch zwei Nachteile auf: Einerseits ist die Trägheit der Temperaturfühler ein Hindernis für einen wirksamen Schutz, und andererseits ist das abgefühlte Phänomen nicht die fehlerhafte Funktion der Verbrennungskraftmaschine, sondern ganz einfach eine ihrer Konsequenzen, so daß die ermittelte Temperaturerhöhung grundsätzlich der zugrundeliegenden Ursache zeitlich nachhinkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine ungenügende Verbrennung des Luft-Gas-Gemisches in einer Brennkraftmaschine anzeigen soll, um zu verhindern, daß die von dem Motor ausgestoßenen, nur teilweise verbrannten Gase bei ihrer Nachverbrennung in einer Abgasentgiftungsvorrichtung dort durch überhöhte Verbrennungstemperaturen zu Schäden führen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der Vorrichtung zum Feststellen von Verbrennungsfehlern erste und zweite Schaltmittel zum Trennen der dem Zündstrom und dem bei der Verbrennung fließenden Strom zugeordneten Spannungen vorgesehen sind, die mit den Anschlüssen des mit der Hochspannungsquelle in Reihe liegenden Meßwiderstandes verbunden sind.

Dadurch, daß die durch den Zündstrom und den lonisationsstrom an dem Meßwiderstand hervorgerufenen Spannungen voneinander getrennt werden, ist es möglich, festzustellen, ob nach jeder Zündung ein ausreichend großer Ionisationsstrom fließt. Erreicht der lonisationsstrom seinen vorgeschriebenen Wert nicht, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die in der Brennkraftmaschine stattfindende Verbrennung unvollkommen war und deren Abgase noch unverbrannte Anteile enthalten. Dabei ist es vorgesehen, erst dann ein Alarmsignal auszulösen, wenn das Verhältnis der Zahl der Zündungen mit vollkommener Verbrennung einen durch einen Zähler mit einem Dekodierer festlegbaren Wert unterschreitet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorteilhaft einen Zusatzschaltkreis auf, eier ein Fehlen der periodischen Zündspannung anzeigt.

Das Alarmsignal bzw. die Fehlersignale werden schließlich den Steuerorganen einer Schutzeinrichtung für die Abgasentgiftungsvorrichtung der Brennkraftmaschine und/oder den Steuerorganen der Brennkraftmaschine zugeführt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 den lonisationsstromkreis mit Meßwiderstand gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Schaltanordnung zur Auswertung der von dem Meßwiderstand des lonisationsstromkreises gemäß F i g. I abgenommenen Spannung, die das Feststellen einer fehlerhaften Verbrennung ermöglicht,

F i g. 3 eine Schaltanordnung, die mit derjenigen nach Fig. 2 verbunden werden kann und die das Feststellen j eines Ausfallens der Zündung ermöglicht, und

Fig.4 das Diagramm der Spannung an den Enden des Meßwiderstandes des in Fig. 1 dargestellten lonisationsstromkreises.
Wie aus Fig. I zu erkennen ist, wird der lonisations-

!D Stromkreis von dem Zündstromkreis der Brennkraftmaschine abgezweigt, ohne den Zündstromkreis zu ändern. Der Zündstromkreis besteht aus einer Induktionsspule 1, welche die erforderliche hohe Spannung erzeugt und die in bekannter Weise mit einem Verteiler 2 verbunden ist, der wie üblich die verschiedenen Zündkerzen der Brennkraftmaschine übermittelbar und gleichmäßig versorgt. Zunächst soll die Zündkerze 3 betrachtet werden, die auf dem Motorblock 4 befestigt ist, wie auch die Verbrennungskammer 5 des Zylinders, der dieser

_>t) Zündkerze 3 entspricht und der das zu zündende gasförmige Gemisch enthält.

Von der Verbindungsleitung zwischen dem Verteiler 2 und der Mittelelektrode der Zündkerze 3 ist ein Stromkreis abgezweigt, in welchem in Reihe geschaltet

.>■-, sind: ein Widerstand 6, der groß genug ist, um das Funktionieren des Zündstromkreises nicht zu beeinträchtigen, eine Hochspannungsquelle 7, deren Hochspannung vorzugsweise kleiner als die Hälfte der Hochspannung, die von dem Zündstromkreis geliefert

in wird, jedoch größer als ungefähr 500 Volt ist, und einen Meßwiderstand 8, der es ermöglicht, die in dem Stromkreis auftretende Stromstärke zu messen und der mit dem ionisierten Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 somit ebenfalls in Reihe liegt. Diese

)·) Messung ist zu bewirken, indem man die Größe der Spannung LJ an den Enden des Meßwiderstandes 8 bestimmt.

Man kann die Verbrennungsfehler jedes der Motorzylinder auf die gleiche Weise feststellen, indem man

ίο jedesmal einfach an den Punkt 9, der dem Widerstand 6 und dem Hochspannungserzeuger 7 gemeinsam ist, die Mittelektrode der entsprechenden Zündkerze legt, und zwar über einen entsprechenden Widerstand 10, der dem Widerstand 6 entspricht, wie das in Fig. 1 in dem

-ti Bereich 11 kenntlich gemacht ist. Die Informationen von allen in Betracht kommenden Motorzylindern laufen an den Enden des Meßwiderstandes 8, der allen diesen Zylindern gemeinsam ist, zusammen. Die Zahl der Zylinder, die man an diese Vorrichtung anschließen

5» kann, hat keine theoretische Grenze.

Die Anordnung zur Behandlung der von dem Meßwiderstand 8 nach Fig. I abgenommenen Spannung ist in F i g. 2 schematisch dargestellt.

Die von dem vorgenannten Meßwiderstand 8

-,-, abgenommene Spannung wird dem Eingang 12 eines Verstärkers 13 übermittelt, der das Signal in Form bringt und es von parasitären Signalen befreit. Das Ausgangssignal des Verstärkers 13 wird einerseits einem Komparator 14 zugeführt, dessen Einrichtung zur

wi Einstellung der Bezugsspannung schematisch durch einen Potentiometer 15 dargestellt ist. Der Komparator 14 sendet ein Signal, wenn die Spannung an der Klemme 12 einen bestimmten Wert U\ überschreitet, der mit Hilfe des Potentiometers 15 eingestellt werden kann.

ι.; Das Ausgangssignal des Komparators 14 ist an einer Ausgangsklemme 16 abnehmbar.

Der Ausgang des Verstärkers 13 ist andererseits mit einem Sperrglied 17 verbunden, das von dem Kompara-

tor 14 gesteuert wird und als logisches Gatter wirkt. Das Ausgangssignal des Sperrgliedes 17 wird einem zweiten Komparator 18 übermittelt, dessen Einstellvorrichtung für die Bezugsspannung schematisch durch ein Potentiometer 19 dargestellt ist. Dieser zweite Komparator > 18 sendet ein Ausgangssignal aus, wenn die Spannung an der Klemme 12 einen bestimmten anderen Wert U₂ übersteigt, der durch das Potentiometer 19 einstellbar ist.

Der Ausgang des Komparators 18 ist mit dem einen in Zähler 21 auf Null zurückstellenden Eingang 20 verbunden. Der Zähler 21 addiert die Signale, die von dem Komparator 14 übermittelt werden und die seinem Zählcingang 22 zugehen.

Der Zähler 21 ist mit einem Dekodicrer 23 verbunden, der seinen Inhalt kontrolliert und an seinem Ausgang 24 ein Signal aussendet, wenn der Inhalt des Zählers 21 einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Die Vorrichtung, die ein Ausbleiben der Zündung anzeigt und die in Fig.3 schematisch dargestellt ist, empfängt die Signale, die von den Ausgangsklemmen 16 und 24 der Vorrichtung gemäß F i g. 2 ausgehen.

Das Ausgangssignal des Komparators 14, das an der Ausgangsklemme 16 anliegt, wird der Eingangsklemme 25 eines monostabilen Multivibrators 26 übermittelt, der einen Impuls von der Dauer D erzeugt und der bei jedem Auftreten des Signals an der Ausgangsklemme 16 ausgelöst wird. Die Impulsdauer D kann hierbei entweder von der Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine abhängig gemacht sein oder einfach für eine minimale Drehgeschwindigkeit bestimmt sein, um etwas größer zu sein als die Zeit, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündungen einer Zündkerze vergeht. In dem Fall, in dem die Impulsdauer D für die minimale Drehgeschwindigkeit bestimmt ist, liegt sie in der Größenordnung von eins bis zwei Sekunden und ist somit vernachlässigbar gegenüber den Reaktionszeiten der Schutzanordnungen, die im allgemeinen zehn bis zwanzig Sekunden betragen.

Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 26 ist mit dem Eingang einer Abfühlvorrichtung 27 verbunden, die an ihrem Ausgang ein Signal erzeugt, wenn der Multivibrator 26 während einer Zeitdauer, die größer ist als D, nicht ausgelöst worden ist.

Der Ausgang der Abfühlvorrichtung 27 ist mit einem der Eingänge 28 eines Arbeitsstromkreises 29 verbunden, dessen anderer Eingang 30 unmittelbar mit der Ausgangsklemme 24 der Vorrichtung gemäß Fig. 2 verbunden ist. Dieser Arbeitsstromkreis stellt eine logische Funktion ODER sicher und enthält gegebenenfalls einen geeigneten Ausgangsverstärker, der es erlaubt, Alarm- oder Schutzanordnungen oder zurückwirkende Stromkreise zu steuern, um den Zündstromkreis oder die Zusammensetzung des Gasgemisches zu beeinflussen. 5s

Im folgenden wird nunmehr die Wirkungsweise einer Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben, wobei auf die Fig. 4 Bezug genommen wird, welche den Verlauf der Spannung i/darstellt, die an den Klemmen des MeOwiderstandes 8 in Abhängigkeit von der Zeit 1 mi erscheint.

Wenn die Verbrennung des Gasgemisches auf normale Weise vor sich geht, erhält man eine Spannung, deren Verlauf bei 31 in Fig.4 dargestellt ist und die sich aus zwei Teilen zusammensetzt, einem schmalen Impuls 32, der dem Zündfunken entspricht, der in der Höhe der Elektroden der Zündkerze 3 erzeugt wird, und einer horizontalen Linie 33, welche das Zustandekommen eines von dem Spannungserzeuger 7 (F i g. I) erzeugten Stromes anzeigt, was nur dann der Fall ist, wenn das in der Verbrennungskammer 5 enthaltene Gemisch ionisiert, d. h. verbrannt ist. Die horizontale Linie 33 stellt daher die Verbrennung dar.

Wenn das Signal die bei 34 dargestellte Gestalt annimmt, findet nur die Zündung statt, aber es gibt keine Verbrennung.

Die Schaltanordnung nach Fig. 2 hat die Wirkung, daß sie das Auftreten von η aufeinanderfolgenden Zündfunken feststellt, die keine Verbrennung nach sich ziehen. Nachdem der Verstärker 13 das an der Klemme 12 angekommene Signal in Form gebracht hat, wird das resultierende Signal einerseits dem Komparator 14 mitgeteilt, der den Impuls austrennt, der einen ähnlichen Verlauf hat, wie derjenige bei 32, und andererseits den Komparator 18 über das Sperrglied 17. Dieses von dem Komparator 14 gesteuerte Sperrglied macht den Komparator 18 für die Dauer des Zündfunkens unwirksam, was den Zweck hat, das Signal, das sich am Ausgang des Komparators 18 in Gestalt einer horizontalen Linie 33 (Verbrennung) darstellt, zu isolieren und abzufühlen.

Die Funklionsschwellen U₁ und LZ₂der Komparatoren 14 und 18 sind, wie gezeigt wurde, mit Hilfe der Potentiometer 15 und 19 leicht einzustellen, wodurch das Maß der Verbrennung (Schwelle U₇) bestimmt werden kann.

Wenn ein Signal 32 einem Signal 33 (normale Verbrennung) vorangeht, wird der Zähler 21 um einen Schritt weitergeschaltet und sodann auf Null zurückgestellt.

Wenn ein Signal 33 nicht unmittelbar einem Signal 32 folgt, wird der Zähler 21 um einen Schritt weitergeschaltet und hält das Fehlen der Verbrennung (keine Zurückstellung auf Null). Wenn η solcher Fälle sich aufeinanderfolgend wiederholen, erzeugt der Dekodierer 23 an seinem Ausgang 24 ein Fehlersignal.

Wenn keine Zündung eintritt, wird keines der Signale 32 oder 33 erzeugt. Sodann wird die in Fig.3 dargestellte Schaltanordnung wirksam. Das an der Klemme 25 auftretende Signal stellt, wie oben gezeigt wurde, den Zündfunken dar (Signal 32). Dieses Signal löst einen monostabilen Multivibrator 26 aus, der einen Impuls von der Zeitdauer D erzeugt. Wenn während einer Zeitdauer, die größer ist als D, kein Signal an der Klemme 25 (keine Zündung) erscheint, sendet die Abfühlvorrichtung 27 ein Fehlersignal von ihrem Ausgang 28 zu dem Arbeitsstromkreis 29. Die Fehlersignale, die an den Klemmen 28 und 30 erscheinen, werden von dem Arbeitsstromkreis 29 aufgenommen, der an seinem Ausgang ein Sleuer- und/oder ein Alarmsignal erzeugt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Feststellen von Verbrennungsfehlern in einer Brennkraftmaschine mit gesteuerter Zündung und einem an die Mittelelektrode einer Zündkerze angeschlossenen, bei in dem Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze auftretender Ionisation einen Stromfluß bewirkenden Hilfsstromerzeuger aus einer in Reihe mit einem für einen störungsfreien Betrieb der Zündanlage ausreichend großen Widerstand geschalleten Hochspannungsquelle, die mit einem zusätzlichen Meßwiderstand in Reihe liegt, an dessen Enden eine Spannung abnehmbar ist, und bei der aufgrund der Polarität des Hilfsstromerzeugers die Richtung des in dem Raum zwischen den Elektroden der Zündkerze bei der Verbrennung des von dieser gezündeten Gasgemisches erzejgten Stromflusses der Richtung des Zündstromes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Schaltmitlei (14; 18) zum Trennen der dem Zündstrom (32) und dem bei der Verbrennung fließenden Strom (33) zugeordneten Spannungen vorgesehen sind, die mit den Anschlüssen des mit der Hochspannungsquelle (7) in Reihe liegenden Meßwiderstandes (8) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schaltmittel zum Trennen der dem Zündstrom und dem bei der Verbrennung fließenden Strom zugeordneten Spannungen Komparatoren (14,18) sind, von denen jeder eine Bezugsspannung erhält, deren Größe mindestens gleich der geringsten Größe der Spannung ist, welche bei der Zündung durch den Hilfsstromerzeuger (7) bei der Verbrennung des Gasgemisches erzeugt werden soll.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem mehrere aufeinanderfolgende Ausfälle der Verbrennung zählenden Zähler, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähleingang (22) des Zählers (21) an den Ausgang der mit dem Meßwidersiand (8) verbundenen ersten Sclhaltmittel (14) angeschlossen ist, die jedesmal ein Signal erzeugen, wenn die zwischen den beiden Enden des Meßwiderstandes (8) abgenommene Spannung (U) einen bestimmten Bezugsspannungswert (U\) überschreitet, daß der Rücksetzeingang (20) des Zählers (21) mit dem Ausgang der zweiten Schaltmittel (18) verbunden ist, die jeweils nach jedem Zählsignal ein weiteres Signal erzeugen, wenn die Spannung zwischen den Enden des Meßwiderstandes (8) einen anderen vorbestimmten Bezugsspannungswert (Lh) überschreitet, und daß die Ausgänge des Zählers (21) mit einem Dekodierer (23) verbunden sind, der ein Fehlersignal abgibt, wenn der Inhalt des Zählers einen bestimmten Wert überschreitet.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Schaltanordnung, die den Ausfall der Zündung während einer vorbestimmten Zeit feststellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung (26, 27) aus einer ein Fehlersignal bei Ausfall der Zündung abgebenden Abfühlvorrichtung (27) mit vorgeschaltetem monostabilem Multivibrator (26) besteht, dessen Eingang an dem Ausgang (16) der ersten Schaltmittel (14) liegt, die ein Signal liefern, wenn die Spannung (U) zwischen den Enden des Meßwiderstandes (8) einen bestimmten Bezugsspannungswert (U\) überschreitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Dekodierer (23) und/oder das von der Abfüllvorrichtung (27) abgegebene Fehlersignal über einen Arbeitsstromkreis (29) in ODER-Logik als Alarmsignal den Sleuerorganen einer Schutzeinrichtung für die Abgasenigiftungsvorrichtung der Brennkraftmaschine und/oder den .Steuerorganen der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung eine elektrische Rückführungsschleife enthält, welche auf Einstell mittel für die Zusammensetzung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Gase einwirkt und in welche die von dein Meßwiderstand abgenommene und ein Maß für die Ionisation darstellende Spannung nach ihrer Verarbeitung eingeführt wird.