DE2830048C2

DE2830048C2 - Vorrichtung zum Feststellen von Verbrennungsfehlern eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2830048C2
Application number: DE2830048A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Alfa Romeo S.p.A., Mailand/Milano
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1978-07-07
Publication date: 1987-04-16
Also published as: IT7820888A0; DE2830048A1; GB2015752A; FR2418865A1; FR2418865B1; US4233943A; GB2015752B; IT1093349B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen von Verbrennungsfehlern eines Verbrennungsmotors mit gesteuerter Zündung, die an eine Zündanlage des Verbrennungsmotors anschließbar ist, enthaltend eine Zündspule, eine Versorgungsspannungsquelle für die Zündspule, einen in Reihe zur Zündspule angeordneten Unterbrecherkontakt, der zum Zünden geöffnet wird, Schaltmittel zur zyklischen Steuerung des Funkenüberganges an jede Zündkerze und eine Auswerteschaltung, die einen auf die Zündkerzen wirkenden Gleichspannungsgenerator sowie eine Auswertestufe zur Auswertung eines durch den Gleichspannungsgenerator nach erfolgter Ionisierung bewirkten Stromflusses aufweist, wobei die Ionisierung durch Anschalten eines bei Betätigung des Unterbrecherkontaktes erzeugten Zündimpulses an die jeweilige Zündkerze eingeleitet wird.
Aus der DE-OS 25 07 286 ist eine Vorrichtung zum Feststellen von Verbrennungsfehlern, insbesondere zum Feststellen der Frühzündung eines Verbrennungsmotors mit gesteuerter Zündung, bekannt. Die Zündanlage weist neben einer Zündspule eine Niederspannungsquelle und einen Unterbrecherkontakt sowie Schaltmittel zur zyklischen Steuerung des Funkenüberganges an jeder der Zündkerzen des Motors auf. Eine Auswerteschaltung weist einen auf die Zündkerzen wirkenden Gleichspannungsgenerator sowie eine Auswertestufe zur Auswertung eines durch den Gleichspannungsgenerator nach erfolgter Ionisierung bewirkten Stromflusses auf.
Die Ionisierung wird durch Anschalten eines bei der Betätigung des Unterbrecherkontaktes erzeugten Zündimpulses an die jeweilige Zündkerze eingeleitet.
Bei der Ionisierung entsteht ein einziger Impuls, der eine Zündimpulsspitze sowie eine Verbrennungsschulter aufweist. Diese beiden Impulsteile bilden jeweils einen Zünd- und Verbrennungsimpuls. Jeder dieser Impulse wird jeweils als ein Impuls wahrgenommen und in einer Auswerteschaltung entsprechend ausgewertet. Da jeder dieser Impulse den Zündimpulsanteil und den Brennimpulsanteil enthält, muß in der Auswerteschaltung auf elektronischem Wege eine Maßnahme getroffen werden, daß die beiden genannten, eine Einheit bildenden Impulsanteile voneinander getrennt werden, um eine getrennte Aussage über die Zündphase und die Brennphase zu erhalten.
Für diesen Zweck weist die bekannte Vorrichtung Schwellwertschalter auf, die mit einer Torschaltung zusammenarbeiten, welche während der Zündphase jedes Zündimpulses gesperrt ist und die hierdurch verhindern soll, daß Hochspannungsimpulse zum Eingang der Ionisierungs- oder Verbrennungsverstärker gelangen.
Beide Verstärker steuern einen Zähler, der im Normalbetrieb bei jeder Zündung um eine Einheit vorgestellt wird und bei jedem nachfolgenden Brennimpuls wieder um eine Einheit zurückgestellt wird.
Dies bedeutet, daß im Normalfall der Zählerausgang immer Null ist. Erst dann, wenn ein Zündfunke auftritt, ohne daß hierbei eine Ionisierungsphase mit Verbrennung nachfolgt, zählt der Zähler in Aufwärtsrichtung, ohne daß er nachfolgend zurückgeschaltet wird.
Tritt kein Zündimpuls und nachfolgend keine Verbrennung auf, so wird der Zähler nicht beeinflußt. Anstattdessen wird in einer Zeitschaltung festgestellt, ob innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne eine Zündung erfolgt. Hierbei wird ein monostabiler Multivibrator eingesetzt. Die bekannte Vorrichtung enthält keine Maßnahmen zur Erkennung von Frühzündungen.
Des weiteren weist die bekannte Vorrichtung den Nachteil auf, daß sowohl für den Zündimpulsanteil, als auch für den Brennimpulsanteil eine einzige Auswerte- und Sensorschaltung verwendet wird. Dieses gestattet es nicht, daß der Zündimpulsanteil und der Brennimpulsanteil von vorneherein getrennt festgestellt werden. Somit ist es nachteilig, daß mit elektronischen Schaltungsmaßnahmen eine Trennung dieser beiden zusammen auftretenden Impulsanteile durchgeführt werden muß. Auch besteht die Gefahr, daß die Sperrzeit der Torschaltung sehr genau gebildet werden muß, um zu verhindern, daß ein Zündimpulsanteil durch dieser Torschaltung zum nachgeschalteten Verstärker gelangt. Jeder durch den Zündimpulsanteil verursachte Störimpuls täuscht nämlich dem Verstärker vor, daß es sich bei diesem Impuls um einen Impuls zur Anzeige eines Verbrennungszustandes handelt. Es besteht daher die Gefahr, daß bei Auftreten von Störimpulsen der Zähler gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig beeinflußt wird, wodurch Fehlzählungen die Folge sein können.
Aus der DE-OS 24 43 413 ist eine Einrichtung zur Regelung des Betriebsverhaltens eines Verbrennungsmotors bekannt, mit deren Hilfe die Laufzeit einer Flammenfront zwischen einer Zündkerze und einer hiervon räumlich entfernten Ionenstromsonde zur Beeinflussung des Betriebsverhaltens eines Verbrennungsmotors ausgenutzt werden soll. Zur Ermittlung einer Istwertgröße erfolgt in der bekannten Einrichtung eine Zeitmessung der Flammenfrontbewegung. Diese Zeitmessung wird durch ein Flip-Flop durchgeführt. Für einen Sollwertzweig wird ein Startimpuls durch einen Zündverteiler gesetzt. In Abhängigkeit von den Soll-Betriebsbedingungen wird eine entsprechende Zeit mit Hilfe monostabiler Multivibratoren eingestellt.
Es erfolgt ein zeitlicher Vergleich zwischen Sollwerten und Istwerten in einer Flip-Flop-Stufe, um auf diese Weise festzustellen, ob der Istwertimpuls früher oder später ankommt als der Sollwertimpuls. Diese Zeitmaßnahmen beziehen sich auf die Messung der Geschwindigkeit der Flammenfront und damit auf den elektrischen Zustand der Ionisierung im Verbrennungsraum.
Erfolgt nun bei dieser bekannten Schaltungsanordnung keine Verbrennung, dann erreicht ein Sollwertimpuls den Sollwerteingang des Zeitmessungs-Flip-Flops, ohne daß ein Impuls am Istwerteingang dieses Flip-Flops eintrifft. Daher ist es mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung nicht möglich, festzustellen, ob nach der Abgabe eines Zündimpulses eine zu langsame bzw. überhaupt keine Flammenfrontbewegung erfolgt. Es ist auch nicht ohne weiteres festzustellen, ob eine Verbrennungsionisierung stattfindet.
Zwischen einer Frühzündung und einem Zündimpuls ist kein Zeitverhalten in der bekannten Schaltungsanordnung feststellbar. Die bekannte Schaltungsanordnung ist mit ihren Istzeit- und Sollzeit-Vergleichen zur Ermittlung von Frühzündungen nicht brauchbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Feststellen von Verbrennungsfehlern eines Verbrennungsmotors der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf der alleinigen Feststellung des Ionisierungsgrades des Gemisches mit Hilfe der Zündkerzen beruht, wobei der normale Betrieb der Zündanlage nicht beeinträchtigt werden soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gleichspannungsgenerator, der mittels einer Schaltverhalten aufweisenden Anpassungsstufe an die Zündkerzen anschaltbar ist, an den ersten Steuereingang einer zwei Steuereingänge aufweisenden Umschaltstufe angeschlossen ist, daß der zweite Steuereingang über eine weitere Schaltverhalten aufweisende Anpassungsstufe mit einem Abgriff zwischen der Zündspule und dem Unterbrecherkontakt verbunden ist, und daß die Umschaltstufe zur Weiterleitung eines auf Frühzündung basierenden Ionisierungssignals vom ersten Steuereingang zu dessen Ausgang durchgesteuert ist, wenn bei geschlossenem Unterbrecherkontakt kein Steuersignal am zweiten Steuereingang anliegt, während beim Auftreten eines nach dem Öffnen des Unterbrecherkontaktes vorhandenen Steuersignals am zweiten Steuereingang am Ausgang der Umschaltstufe kein Signal auftritt.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß zwei getrennte Steuerkreise vorgesehen sind, wovon der eine den Gleichstromgenerator enthält, welcher nach erfolgter Ionisierung für einen Stromfluß sorgt, dessen Ergebnis der Umschaltstufe zugeführt wird. Dieser Strom wird als Ionisierungsstrom bezeichnet. Dieser Ionisierungsstrom gelangt jedoch nur dann zum Ausgang der Umschaltstufe, wenn in diesem Zeitpunkt kein Signal am zweiten Eingang dieser Umschaltstufe anliegt. Dies ist nur dann der Fall, wenn im zweiten Steuerkreis kein Signal vorhanden ist, was wiederum nur dann gegeben ist, wenn der Unterbrecherschalter noch geschlossen ist.
Demnach wird in vorteilhafter Weise ohne Verwendung von zusätzlichen Sonden bzw. Fühlern festgestellt, ob in der noch geschlossenen Phase des Unterbrecherschalters ein Ionisierungsstrom vorhanden ist oder nicht. Wenn ein Signal vorhanden ist, ist dies ein eindeutiges Anzeichen dafür, daß eine Fehl- oder Frühzündung vorhanden ist. Bei geöffnetem Unterbrecherschalter ist die Umschaltstufe in einen Schaltzustand gesteuert, in dem an ihrem Ausgang kein Signal auftritt. Hierdurch wird angezeigt, daß normale Zünd- und Trennverhältnisse vorliegen, was nur dann gegeben ist, wenn auch tatsächlich eine Zündung und anschließend eine Verbrennung erfolgt.
Die Anpassungsstufen weisen den Vorteil auf, daß durch sie eine Signalumformung und Signalsäuberung von Störanteilen der Umschaltstufe angezeigt wird.
Gemäß weiterer Ausgestaltung ist durch die Umschaltstufe eine Anzeigestufe steuerbar, in der das Ausgangsverhalten der Umschaltstufe angezeigt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist durch die Umschaltstufe eine Detektorstufe und über diese eine Verarbeitungsstufe steuerbar, durch die eine Unterbrecherkontakt-Verstellstufe zur Verstellung der Zündzeit in Abhängigkeit von festgestellten Frühzündungen verstellbar ist. Auf diese Weise kann automatisch eine Korrektur des Zündverhaltens erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feststellung von Verbrennungsfehlern benutzt als Fühler für Frühzündungen die Zündkerze des jeweils überwachten Zylinders selbst. Die jeweiligen Zündkerzen bleiben hierbei stets mit der Zündanlage in Verbindung. Dies hat den Vorteil, daß sie auch während des Betriebes der Vorrichtung zur Erfassung der Frühzündung aktiv bleiben. Daraus ergibt sich der Vorteil einer schnellen und genauen Erfassung von Frühzündungen und Fehlzündungen und zwar während jedes Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors. Ein festgestelltes Frühzündsignal kann in einfacher Weise dem Fahrer durch die Anzeigestufe sichtbar gemacht werden bzw. als Regelungssignal zur Verstellung des Zündzeitpunktes verwendet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
Die Figur zeigt in schematischer Weise blockschaltbildartig eine Zündsteuerschaltung sowie eine Schaltungsanordnung zur Erfassung von Frühzündungen.
In der Abbildung ist mit 10 eine Quelle elektrischer Niederspannungsenergie bezeichnet, die über eine Leitung 11 mit einer Primärwicklung 12 einer in ihrer Gesamtheit mit 13 bezeichneten Zündspule verbunden ist. Die Zündspule 13 ist mittels eines mit 14 bezeichneten Unterbrecherkontaktes geerdet. Der Unterbrecherkontakt wird von einem in der Abbildung nicht dargestellten Nocken synchron mit dem Motor zyklisch geöffnet und geschlossen. Mit 15 ist ein mit dem Unterbrecherkontakt parallel geschalteter Zündkondensator bezeichnet. Eine Sekundärwicklung 16 der Zündspule 13 ist mittels einer Leitung 17 mit einem mit 18 bezeichneten Zündverteiler verbunden, der der Reihe nach mit den verschiedenen Zündkerzen des Motors verbindbar ist, deren Anzahl im dargestellten Fall vier ist und die mit 27, 28, 29 und 30 bezeichnet sind.
In der Abbildung sind die mit 19, 20, 21, 22 bezeichneten Hochspannungselektroden der Zündkerzen und die entsprechenden mit 23, 24, 25, 26 bezeichneten Masseelektroden schematisch dargestellt.
Mit der Hochspannungselektrode 19 einer der Zündkerzen des Motors ist ein erster Stromkreis zur Erfassung des Leitzustandes der Zündkerze verbunden, der aus einer Anpassungsstufe 32, aus einem Gleichspannungsgenerator 33, aus einer Filterstufe 34 und aus einer Verstärkerstufe 35 besteht.
Die zwischen zwei Leitungen 31 und 51 eingefügte Anpassungsstufe 32 dient zur Abschaltung des Stromkreises, insbesondere des Gleichspannungs-Generators 33, von der Hochspannungsleitung, die an der Elektrode 19 der Zündkerze 27 endet. Der Gleichspannungs-Generator 33 kann über die Leitungen 31 und 51 der Zündkerze 27 Strom liefern, wenn das zwischen den mit denselben Leitungen verbundenen Elektroden 19 und 23 vorhandene Gemisch ionisiert ist und daher elektrisch leitend wird. Die Filterstufe 34 dient dazu, ein ihr von dem in Lieferphase befindlichen Gleichspannungs-Generator 33 zugeführtes Signal von Interferenzen anderer, insbesondere von den anderen Zündkerzen kommenden Signalen zu isolieren. Die Verstärkerstufe 35 soll das resultierende gefilterte Signal verstärken. Vor dem Unterbrecherkontakt 14 ist über eine Leitung 36 ein zweiter Stromkreis zur Erfassung des Unterbrecherkontaktzustandes abgezweigt, der aus einer Anpassungsstufe 37, aus einer Filterstufe 38 und aus einer Steuerungsstufe 39 besteht.
Die Anpassungsstufe 37 dient zum Abschalten des zweiten Stromkreises von der Niederspannungswicklung 12 der Zündspule 13 und zur Verarbeitung der Form und des Niveaus des Niederspannungssignals, das im Stromkreis selbst beim Öffnen des Unterbrecherkontaktes 14 entsteht, wenn der Funken zwischen den Elektroden der von Fall zu Fall durch den Zündverteiler 18 gewählten Zündkerzen überspringt. Die Filterstufe 38 soll das genannte Niederspannungssignal von frequenzüberlagerten Signalen isolieren, die durch die Induktion von der Hochspannungswicklung 16 der Zündspule 13 auf die Niederspannungswicklung 12 entstehen. Die Steuerungsstufe 39 dient zur Verstärkung des Signals das im Kreis durch das besagte Niederspannungssignal erzeugt wird.
In der Zeichnung ist mit 40 eine Umschaltstufe bezeichnet, die mittels einer Leitung 41 mit der Verstärkerstufe 35 des ersten Stromkreises und mittels Leitung 42 mit der Steuerungsstufe 39 des zweiten Stromkreises verbunden ist.
Das im ersten Kreis erzeugte Signal gelangt über die Leitung 41 zur Umschaltstufe 40, wenn das Gemisch zwischen den Elektroden 19 und 23 der Zündkerze 27 ionisiert ist. Das Signal, das im zweiten Stromkreis erzeugt wird, gelangt auch über die Leitung 42 zu derselben Umschaltestufe 40, wenn sich der Unterbrecherkontakt 14 öffnet.
Die Umschaltstufe 40 läßt ihrem Ausgang ein Signal zukommen, das im ersten Stromkreis erzeugt wird, wenn in der Leitung 42 das Signal fehlt, das im zweiten Stromkreis erzeugt wird. Dieses Signal am Ausgang der Umschaltstufe 40 zeigt das Vorhandensein einer Ionisierung an, und mithin das Vorhandensein einer Verbrennung des Gemisches in dem mit der Zündkerze 27 versehenen Zylinder und zwar vor dem Funken zwischen den Elektroden 19 und 23 eben dieser Zündkerze 27. Dieses Signal zeigt daher eine Frühzündung in dem betreffenden Zylinder an.
Die Umschaltstufe 40 fängt hingegen das Signal auf, das sie über die Leitung 41 erreicht, wenn ihr gleichzeitig, über die Leitung 42, das im zweiten Stromkreis erzeugte Signal zugeführt wird. In diesem Fall nämlich geht die Ionisierung des zwischen den Elektroden 19 und 23 der Zündkerze 27 vorhandenen Gemisches auf den Funken zurück, der zwischen denselben Elektroden beim Öffnen des Unterbrecherkontaktes 14 überspringt. Das Fehlen von Signalen am Ausgang der Umschaltstufe 40 zeigt an, daß die Zündung ganz regulär ist, weil sie durch die richtige Zündungseinstellung des Unterbrecherkontaktes 14 gesteuert ist.
Das Frühzündungssignal am Ausgang der Umschaltstufe 40 wird der Feststellungsstufe 43 zugeführt, die es so verarbeitet, daß es nachfolgend verwertbar ist. Mit der Feststellungsstufe 43 ist nämlich eine Anzeigestufe 44 verbunden, in der das Frühzündungssignal für einen Beobachter sichtbar gemacht wird. Mit derselben Feststellungsstufe 43 kann auch eine mit 45 bezeichnete, gestrichelt dargestellte Verarbeitungsstufe verbunden sein, in der das genannte Signal verarbeitet wird, um in der ebenfalls gestrichelt dargestellten Verstellerstufe 46 verwertet zu werden, die auf den Unterbrecherkontakt 14 wirkt und die Verstellung bzw. dessen Einstellung derart ändert, daß der Betrieb des Motors reguliert wird. Die Verstellerstufe 46 kann die Verstellung auch in Abhängigkeit vom Parameter der Frühzündung kontrollieren.

Claims

1. Vorrichtung zum Feststellen von Verbrennungsfehlern eines Verbrennungsmotors mit gesteuerter Zündung, die an eine Zündanlage des Verbrennungsmotors anschließbar ist, enthaltend eine Zündspule, eine Versorgungsspannungsquelle für die Zündspule, einen in Reihe zur Zündspule angeordneten Unterbrecherkontakt, der zum Zünden geöffnet wird, Schaltmittel zur zyklischen Steuerung des Funkenüberganges an jede Zündkerze und eine Auswerteschaltung, die einen auf die Zündkerzen wirkenden Gleichspannungsgenerator sowie eine Auswertestufe zur Auswertung eines durch den Gleichspannungsgenerator nach erfolgter Ionisierung bewirkten Stromflusses aufweist, wobei die Ionisierung durch Anschalten eines bei Betätigung des Unterbrecherkontaktes erzeugten Zündimpulses an die jeweilige Zündkerze eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleichspannungsgenerator (33), der mittels einer Schaltverhalten aufweisenden Anpassungsstufe (32) an die Zündkerzen (19, 20, 21, 22) anschaltbar ist, an den ersten Steuereingang (41) einer zwei Steuereingänge aufweisenden Umschaltstufe (40) angeschlossen ist,
daß der zweite Steuereingang (42) über eine weitere Schaltverhalten aufweisende Anpassungsstufe (37) mit einem Abgriff zwischen der Zündspule (12, 13, 16) und dem Unterbrecherkontakt (14) verbunden ist,
und daß die Umschaltstufe (40) zur Weiterleitung eines auf Frühzündung basierenden Ionisierungssignals vom ersten Steuereingang ( 41) zu dessen Ausgang durchgesteuert ist, wenn bei geschlossenem Unterbrecherkontakt (14) kein Steuersignal am zweiten Steuereingang (42) anliegt, während beim Auftreten eines nach dem Öffnen des Unterbrecherkontaktes (14) vorhandenen Steuersignals am zweiten Steuereingang am Ausgang der Umschaltstufe (40) kein Signal auftritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten und zweiten Eingang der Umschaltstufe (40) je eine Filterstufe (34 bzw. 38) vorgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Umschaltstufe (40) eine Anzeigestufe (44) steuerbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Umschaltstufe (40) eine Detektorstufe (43) und über diese eine Verarbeitungsstufe (45) steuerbar ist, durch die eine Unterbrecherkontakt-Verstellstufe (46) zur Verstellung der Zündzeit in Abhängigkeit von festgestellten Frühzündungen verstellbar ist.